Jak działa laser?
Laser jest promieniowaniem elektromagnetycznym powstającym w procesie emisji wymuszonej. Samo słowo LASER to akronim od angielskiego określenia Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, oznaczającego wzmocnienie światła przez wymuszoną emisję promieniowania. Cechą wyróżniającą promieniowania laserowego jest jego spójność przestrzenna i czasowa. Oznacza to, że promieniowanie jest emitowane w postaci wąskiej wiązki o bardzo małym stopniu rozbieżności oraz jednakowej fazie. Te cechy powodują kumulację i uporządkowanie promieniowania, umożliwiające zastosowanie lasera jako nośnika informacji oraz energii.
Urządzenie laserowe składa się z trzech głównych elementów:
* źródła energii (zwanego również układem pompującym),
* ośrodka czynnego
* rezonatora optycznego
Główne elementy lasera
Źródło energii
Układ pompujący jest elementem odpowiadającym za dostarczanie energii. Energia może pochodzić z wyładowań elektrycznych, działania lamp błyskowych, lamp łukowych, promieniowania innego lasera oraz reakcji chemicznych. Rodzaj użytego źródła promieniowania zależy od typu ośrodka czynnego i determinuje sposób przesyłu do niego energii.
Ośrodek czynny
Ośrodek czynny jest głównym czynnikiem decydującym o długości fali promieniowania oraz innych właściwościach lasera. Istnieją setki, może nawet tysiące, różnych ośrodków czynnych, które mogą wywoływać tzw. akcję laserową, czyli wytwarzanie promieniowania laserowego. To w ośrodku czynnym zachodzą procesy emisji spontanicznej i wymuszonej fotonów, które prowadzą do powstania zjawiska wzmocnienia optycznego. Ośrodek czynny jest wzbudzany przez układ pompujący w celu wywołania inwersji obsadzeń poziomów energetycznych, warunku niezbędnego do uzyskania przewagi wymuszonej emisji fotonów nad ich pochłanianiem, a tym samym wzmocnienia i akcji laserowej.
Oto niektóre z ośrodków czynnych:
- Gazy (m.in. CO2, argon, krypton). W tych laserach często źródłem energii są wyładowania elektryczne
- Ciała stałe, takie jak kryształy i szkła (m.in. YAG, szafir). Często stosuje się domieszkę jonów takich substancji jak neodym, chrom, iterb. Przykłady ośrodków czynnych stałych to Nd: YAG, Nd: YVO4. Lasery na ciele stałym są zwykle pompowane przez lampy błyskowe lub promieniowaniem innego lasera
Rezonator optyczny
Rezonator optyczny w najprostszej postaci składa się z dwóch luster umieszczonych równolegle wokół ośrodka czynnego. Lustra pokryte są powłokami nadającymi im określone właściwości - zazwyczaj jedno z luster odbija promieniowanie prawie w całości, a drugie częściowo, dzięki czemu część promieniowania wydostaje się i tworzy promień wyjściowy.
Promieniowanie z ośrodka czynnego powstałe w wyniku emisji spontanicznej jest odbijane przez lustra z powrotem, gdzie zostaje wzmocnione przez emisję wymuszoną. Może ono odbijać się od luster i przechodzić przez ośrodek czynny kilkasetkrotnie zanim go opuści. W bardziej skomplikowanych konstrukcjach stosowane są konfiguracje czterech lub więcej luster. Budowa i ułożenie luster względem ośrodka czynnego jest decydujące dla długości fali lasera oraz innych cech systemu.
Ośrodek czynny może zawierać również inne elementy optyczne, takie jak lustra obrotowe, modulatory, filtry i pochłaniacze, które wpływają na ostateczne właściwości promienia laserowego - m.in. długość fali oraz impulsy.
Laserowa technologia znakowania, grawerowania i cięcia
Nadruk na kubku przy użyciu lasera CO2. Laser pozwala na znakowanie zdjęć w odcieniach szarości trwale markując wyroby porcelanowe.
Lasery znalazły szerokie zastosowanie przy znakowaniu i grawerowaniu rozmaitych produktów. Istotną rzeczą jest wszechstronność materiałowa - szczególnie w przypadku stosowania laserów CO2 dostępnych w naszej ofercie, można w łatwy sposób obrabiać kamień, papier, gumę, skórę czy szkło i tworzywa ceramiczne. Oś obrotowa znajdująca się w urządzeniach laserowych pozwala znakować na kubkach czy butelkach. W naszej ofercie znajdą Państwo również lasery szczególnie przystosowane do obróbki metali.
Charakterystyka urządzeń laserowych
Jedno z urządzeń laserowych dostępnych w ofercie, umożliwiający grawerowanie na dużych obiektach
Lasery gwarantują dużą precyzje i wysoką jakość efektów. Zapewniają bardzo drobne punkty podczas znakowania. Stosując lasery do cięcia czy grawerowania nie ma potrzeby poprawiania ostrych, postrzępionych krawędzi kolejną obróbką. Już po pierwszym etapie pracy użytkownik może cieszyć się zadowalającym efektem. Lasery gwarantują najwyższe szybkości cięcia i grawerowania na rynku, co wiąże się z wysoką wydajnością i produktywnością. Podstawowym założeniem stosowania lasera do znakowania jest jego trwałość oraz nieusuwalność znaku, jego odporność na rozmaite czynniki.
Kolejną niezwykle istotna zaletą ułatwiającą w istotny sposób prace jest elastyczna konfiguracja. Oferowane przez nas urządzenia laserowe, sprostają nie tylko produkcji pojedynczych egzemplarzy, ale także produkcji masowej. Nawet jeżeli materiał posiada rozmiary znacznie wykraczające poza standardowy obszar roboczy lasera, nie stanowi to dla nas problemu. W naszej ofercie znajdą Państwo lasery, które posiadają otwierane drzwi, umożliwiając w ten sposób grawerowanie na większych przedmiotach. Cięcie laserowe stanowi nowoczesną metodę obróbki materiałów o podobnych wymiarach jak klasyczna obróbka mechaniczna. Podstawowa różnica tkwi w stosowanym czynniku tnącym, który w przypadku cięcia laserowego stanowi promień lasera.
Cięcie laserowe
Cięcie laserowe stanowi nowoczesną metodę obróbki materiałów o podobnych wymiarach jak klasyczna obróbka mechaniczna. Podstawowa różnica tkwi w stosowanym czynniku tnącym, który w przypadku cięcia laserowego stanowi promień lasera.
Ogromny wpływ na upowszechnianie się tej metody obróbki materiałów, mają jej liczne zalety. Cięcie laserowe to przede wszystkim wysoka prędkość cięcia, co wiąże się z dużą efektywnością pracy i pozwala wyciąć komponenty szybko i sprawnie. Jednocześnie w większości przypadków są one od razu gotowe do zastosowania. Dzięki bardzo cienkiej wiązce tnącej, przecięta krawędź jest na tyle gładka, że nie wymaga dalszej obróbki. Cięcie laserowe daje nam również możliwość optymalnego zaprojektowania ścieżki narzędzia, dzięki czemu możemy w pełni wykorzystać arkusze materiału, znacząco obniżając koszty produkcji elementów.
Cięcie laserowe staje się coraz bardziej popularne w przemyśle metalurgicznym, ale także w kowalstwie artystycznym i przy produkcji mebli. Świetnie laser sprawdza się także w wycinaniu materiałów tekstylnych, tworzyw sztucznych, papieru, plastiku itp.
Cięcie techniką laserową zapewnia:
uzyskanie elementów o dowolnym kształcie
wysoka dokładność wykonania
powtarzalność kształtów i wymiarów
wysoka jakość krawędzi, bez obróbki wykończającej, gotową do użytku
duże prędkości obróbki
optymalne wykorzystanie materiału
maksymalnie krótki czas obróbki
Rodzaje laserów
W zastosowaniach przemysłowych stosowanych jest wiele różnego rodzaju laserów, począwszy od źródła promieniowania, przez sposób jego wytwarzania i przesyłu po konstrukcję. Jeżeli chodzi o lasery grawerskie - bo te stanowią istotny element niniejszego opracowania - można je podzielić na dwie grupy pod względem rodzaju źródła lasera:
* lasery na ciele stałym - Nd:YAG, Nd:YVO4, Ytterbium
* lasery gazowe - CO2
Lasery Nd:YAG, Nd:YVO4, Ytterbium
Pierwsza grupa obejmuje urządzenia laserowe, w których źródłem lasera jest ciało stałe, wytwarzające wiązkę od długości fali 810nm, 1064 nm (lub zbliżonej) stosowane głównie do znakowania metali oraz niewielkiej liczby tworzyw sztucznych (m.in. ABS). Urządzenia te z reguły posiadają nieruchomą głowicę umieszczoną nad materiałem, a promień lasera jest nakierowywany w odpowiednie miejsce pola roboczego poprzez system bardzo precyzyjnych i szybkich luster sterowanych galwanoskanerami.
Otwarta budowa współgra z zastosowaniami tej grupy urządzeń - z reguły służą one do wielkonakładowego znakowania części mechanizmów i są zintegrowane z linią produkcyjną, która w synchronizacji z urządzeniem przesuwa kolejne elementy pod jego głowicą. Urządzenia sterowane galwanoskanerami są niezwykle szybkie - nadruk trwa zazwyczaj kilka sekund, i precyzyjne - są stosowane do druku kodów kreskowych oraz macierzowych na produktach. Pole robocze i wielkość plamki można regulować poprzez zmianę soczewki.
Lasery CO2
W systemach laserowych CO2 źródłem lasera jest mieszanina dwutlenku węgla i innych gazów, wytwarzających najczęściej wiązkę o długości fali 10600 nm. Ten rodzaj promieniowania laserowego oddziaływuje na bardzo szeroką gamę materiałów - większość tworzyw sztucznych, szkło, kamień, drewno, gumę czy skórę. Ta wszechstronność powoduje, że wszystkich ich zastosowań lasera CO2 nie sposób wymienić. Oto tylko niektóre z nich - wykonywanie pieczątek, wycinanie i grawerowanie na skórze, wykonywanie ozdób w drewnie, tworzywach sztucznych, zdobienie butelek, kubków, szklanek, wykonywanie tabliczek znamionowych, reklam w plexi itd.
Najczęściej spotykana wśród urządzeń laserowych CO2 jest konstrukcja typu ploterowego. Składa się ona ze stołu roboczego w płaszczyźnie XY, nad którym znajduje się ruchoma głowica emitująca w jego kierunku wiązkę laserową pod kątem prostym. Promień lasera przesyłany jest z tuby do głowicy, dzięki systemowi odpowienio ustawionych luster.
Odciągi i systemy filtracyjne dla obróbki laserowej
Naukowcy wymieniają mnóstwo związanych z obróbką laserową zagrożeń. Niewątpliwie obróbka laserowa jest źródłem silnej emisji szkodliwych pyłów. Pyły są jednym z głównych i najbardziej szkodliwych zanieczyszczeń powstających w środowisku pracy. Jednakże stopień zagrożenia możemy oceniać w zależności od materiałów, które poddajemy obróbce laserowej. Szczególnie pragniemy zwrócić Państwa uwagę na najczęściej stosowane materiały, które powodują znaczące zagrożenia dla zdrowia pracowników.
Poddawane szerokiej obróbce laserowej metale i szkło należy zaliczyć go grupy pyłów o działalności drażniącej. Pył ten nie tylko osadza się na powierzchni stanowiska pracy, ale też unosi się w powietrzu, skąd z ogromną łatwością dostaje się do organizmu człowieka. Cząstki zanieczyszczeń po wniknięciu do płuc pokrywają drogi oddechowe prowadząc do zmniejszenia wydolności układu oddechowego oraz wywołując niedotlenienie organizmu. Cząstki te mogą powodować poważne choroby układu oddechowego i nieżyty oskrzeli. Należy zwrócić także uwagę na zapach wytwarzany podczas obróbki laserowej, często nie jest to tylko nieprzyjemny zapach, ale także bardzo niebezpieczny i toksyczny, mogący powodować bóle i zawroty głowy, zaburzenia koncentracji, a nawet ostre zatrucia.
Realne zagrożenia związane z obróbka laserową
Kolejnym niezwykle groźnym materiałem stosowanym powszechnie jest żywica akrylowa, która podczas spalania lub rozkładu termicznego powoduje powstanie niezwykle trujących i drażniących oparów, powodujących zatrucia, a w przypadku wysokich stężeń w środowisku pracy groźne powikłania. Podobne objawy możemy zaobserwować w przypadku obróbki laserem miedzi, cynku i związków ołowiu.
Chcielibyśmy zwrócić Państwu uwagę również na pyły o działaniu alergizującym, które są wytwarzane przy zastosowaniu urządzeń laserowych na materiałach z tworzyw sztucznych jak i pochodzenia organicznego. Tak więc grawerowanie czy cięcie gumy oraz PVC powoduje pojawianie się na stanowisku pracy pyłów powodujących: nieżyty dróg oddechowych, dychawicę oskrzelową oraz reakcje skórne.
Realne zagrożenia przy pracy z laserem
Podsumowując około 90% cząstek powstających podczas obróbki laserem ma średnicę aerodynamiczną poniżej 1µm (dym). Cząstki tej wielkości mogą bezpośrednio wnikać do pęcherzyków płucnych i zakłócać ich funkcjonowanie. Badania naukowe dowodzą, że istnieje wyraźny związek pomiędzy wdychaniem zanieczyszczeń przemysłowych, a dolegliwościami takimi jak podrażnienia i zapalenia dróg oddechowych, patologiczne zmiany błony śluzowej, astma, reakcje alergiczne, a nawet rak płuc.
Ochrona sprawności maszyn
Odciągi do laserów firmy TBH nie tylko pozwalają chronić zdrowie własne i pracowników oraz spełniać wymogi BHP, ale także chronić urządzenia laserowe przed szkodliwym wpływem spalin i pyłów powstających podczas obróbki. Dym i zanieczyszczenia uwalniane w trakcie grawerowania, cięcia, znakowania czy wykonywania pieczątek mogą osadzać się na różnych częściach urządzenia, również – co bardzo szybko wywołuje awarie – na elementach optycznych. W prawidłowych warunkach użytkowania promień lasera swobodnie odbija się od luster i przechodzi przez soczewkę, a następnie dociera do materiału. Natomiast w przypadku, gdy powierzchnia luster lub soczewki pokryta jest zanieczyszczeniami szybko dochodzi do nieodwracalnego uszkodzenia tych kluczowych części systemu laserowego. Pod wpływem promienia lasera zanieczyszczenia nagromadzone na elementach optycznych spalają się, powodując rozgrzanie luster lub soczewki, w wyniku czego dochodzi do dużych naprężeń mechanicznych szkła i jego pękania. Zanieczyszczenia uwalniane w przestrzeni roboczej mogą negatywnie wpływać również na inne elementy urządzenia - części mechaniczne i elektroniczne. Rezygnacja z zakupu systemu odciągu zanieczyszczeń jest pozorną oszczędnością, która w rzeczywistości powoduje szybsze zużywanie urządzeń, a co tym samym generuje wysokie koszty i straty związane z częstszą wymianą części, wykonywaniem napraw i przestojami.
Firma TBH dba nie tylko o zdrowie i bezpieczeństwo pracy, ale także efektywność i sprawność urządzeń laserowych. Chcielibyśmy zwrócić Państwa uwagę na niezwykle istotne zagrożenia związane z obróbką laserową, ale także zaproponować pomoc w ich efektywnym usuwaniu. Firma TBH oferuje Państwu wysokiej jakości, profesjonalne odciągi zanieczyszczeń z obróbki laserowej i innych procesów, w których emitowane są szkodliwe substancje. Serdecznie zapraszamy do zapoznania się z ofertą naszej firmy.
TBH Polska
Stosując systemy odciągu i filtracji firmy TBH Polska w prosty sposób unikniecie Państwo wyżej wymienionych zagrożeń, czyniąc bezpieczniejszym środowisko pracy w którym musimy funkcjonować.
Pozorne bezpieczeństwo
Szanowni Państwo, pracownicy TBH mają doskonałe rozeznanie rynku laserów w Polsce. Wiemy doskonale, że część sprzedawców systemów laserowych celowo, dla uniknięcia podwyższania ceny lub po prostu nieumyślnie – z własnej niewiedzy - nie uświadamia uczciwie swoich klientów o zagrożeniach, które niesie pył i cząsteczki ubocznie produkowane przez lasery. Wiemy też, że część użytkowników systemów laserowych odprowadza te zanieczyszczenia bezpośrednio do atmosfery przy użyciu wentylacji lub wątpliwej jakości tanich systemów filtracji (bez filtrów HEPA, BAC i CA). Niestety użytkownicy ci nie zdają sobie sprawy, że sami narażają siebie i innych na wielkie niebezpieczeństwo. Odpad produkcyjny lasera odprowadzony bowiem bezpośrednio na zewnątrz pomieszczeń nie tylko zatruwa środowisko naturalne i osoby przebywające w pobliżu - powraca on częściowo przez system wentylacyjny budynku osadzając się w kanałach wentylacyjnych szkodzi jeszcze na długo po tym jak laser został wyłączony, a nawet trwale usunięty z pomieszczenia. Dlatego w 2009 roku podjęliśmy szeroko zakrojone działania edukacyjne, mające na celu uświadomienie naszym partnerom, jak wielkie zagrożenie niesie laser dla wzroku, dla układu oddechowego i dla skóry. Laser jest jednym z najlepszych urządzeń przemysłowych – bez wątpienia warto go używać, trzeba natomiast robić to rozsądnie, z korzyścią dla klientów, sąsiadów, własnego zdrowia i bliskich. Zakup profesjonalnego systemu filtracji TBH nie jest żadnym wydatkiem w porównaniu do ludzkiego życia i zdrowia.
