2017 m. rugsėjo 16 d., šeštadienis

Lazerio spindulio kelias graviravimo staklėse

     Šiais laikais, net ir sudėtingiausias technologijas priimame kaip duotybę, savaime suprantamą (nors neturime supratimo kaip tai veikia) dalyką. Vartojame ir nesukame galvos. Dažnas užsukęs į mano dirbtuves labai nuoširdžiai domisi ir stebisi, kaip veikia staklės. Ir man pačiam tame yra kažkas tokio užburiančio :). Tai ir papasakosiu, kaip tas lazerio spindulys keliauja iš spinduliavimo šaltinio iki apdorojamo pavišiaus.
      Truputį apie spindulio prigimtį. CO2 lazeris yra dujų lazerio tipas. Tai, ko gero, labiausiai paplitęs lazerio tipas tarp entuziastų ir smulkių įmonių. Šiame prietaise elektros energija teka per dujomis užpildytą vamzdį, kuris gamina šviesą. Vamzdžio galuose yra veidrodžiai; vienas iš kurių yra pilnai atspindintis, o kitas - šiek tiek laidus šviesai. Dujų mišinį paprastai sudaro anglies dioksidas, azotas, vandenilis ir helis. CO2 gaminamų lazerių šviesa yra nematoma, patenka į tolimąjį infraraudonosios spinduliuotės šviesos spektro diapazoną.

 
     Stimuliuojant elektros srovei, azoto molekulės dujų mišinyje suaktyvinamos. Naudojamas azotas, nes jis gali išlaikyti šią aktyvią būseną ilgą laiką. Aktyvių azoto molekulių virpesiai savo ruožtu sužadina anglies dioksido molekules. Šiuo momentu lazeris pasiekia būseną, vadinamą populiacijos inversija, tašku, kada sistemoje yra daugiau sužadintų dalelių nei pasyvių. Kad lazeris gamintų šviesos spindulį, azoto atomai turi prarasti savo aktyvią būseną, išlaisvindami fotonų energiją. Tai atsitinka, kai aktyvūs azoto atomai susiduria su labai šaltais helio atomais, todėl azotas atpalaiduoja šviesą.
     Pagaminta šviesa yra labai galinga, palyginti su įprasta šviesa, nes dujų vamzdis yra apsuptas veidrodžių, atspindinčių didžiąją dalį šviesos, keliaujančios per lempos vamzdį. Šis šviesos atspindys sukelia šviesos bangas, kurias azotas intensyviai gamina. Šviesa didėja, kai ji keliauja pirmyn ir atgal, išspinduliuojama iš lempos tik tada, kai tampa pakankamai ryški, kad galėtų praeiti per iš dalies atspindintį veidrodį.
     Šviesa iš CO2 lazerio lempos yra pakankamai galinga, kad perpjautų (iš tikro, tai išdeginama labai siaurame ruože) daugelį medžiagų, įskaitant audinį, medieną ir popierių. Galingiausi CO2 lazeriai naudojami plieno ir kitų metalų apdirbimui, tik tam reikalingos papildomos sąlygos. Nors didžiausią galingumą naudojantys CO2 lazeriai viršija 1000 W, dažniausiai naudojami 25-100 W. Kadangi tai yra infraraudonoji spinduliuotė, ji turi labai didelį bangos ilgį, apie 10,6 mikronų, tai yra daug ilgesnė nei matoma šviesa, kuri yra tarp 450 ir 700 nanometrų. Tai tiek teorijos, o štai taip atrodo CO2 lazerio lempa:


     Kai susipažinome su lazerio spinulio šaltiniu, sužinokime, kaip tas spindulys staklėse pasiekia apdorojamą medžiagą. Jei kieto kūno lazerio spinduliams perduoti naudojamas šviesolaidis, tai CO2 lazerio spindulys keliauja atspindimas specialių veidrodžių. Principas lygiai toks pat, kaip vaikystėje laidyti saulės zuikučiai.


     Kaip matome iš schemos, viskas labai paprasta :). Tačiau praktikoje, ypač dirbant su pigiais kinietiškais lazeriais, geras spindulio suvedimas pasiekiamas sunkiai. Sunkumo priežastis - staklių geometrijos stabilumas. Pigių staklių rėmas būna iš paprastų aliuminio profilių, tvirtinimo elementai iš plonos (apie 1mm) lankstytos skardos, kreipiančiosios ir guoliai - hobio kategorijos, o varikliai, procesorinė plokštė ir bendras surinkimas toli nuo profesionalios įrangos... Todėl pasiekti lazerio spindulio horizontalumo ir stačių kampų būna gana rimtas iššūkis. O derinimas atliekamas su tai trimis varžteliais ant kiekvieno veidrodžio rėmo.
      Kadangi žmogaus akis nemato infraraudonojo spektro diapazono, o spindulys staklių viduje keliauja neuždengtas, tai visada slypi pavojus netyčia pakliūti į jo kelią. Žinoma, jis nenupjaus galūnės, bet apdegins garantuotai. O jei sugebėtumėte žvilgtelėti į jį... Todėl dirbant visada turi būti uždarytas apsauginis staklių dangtis.
     Kai kuriose staklėse būna integruotas ir raudonas lazerinis diodas. Šis spindulys keliauja tuo pačiu optiniu traktu kaip ir darbinis CO2 spindulys. Raudonas taškas labai patogiai parodo, kur yra nutaikytas spindulys. Kai darbo metu staklių viduje atsiranda dūmų, raudono spindulio kelias tampa aiškiai matomas. Tai labai akivaizdžiai parodo, kaip spindulys keliauja nuo lempos iki darbinės galvutės su fokusuojančia linze.



      Nuotraukose matomos GCC Spirit staklės. Nepigus, bet tikrai rimtas įrankis.