Warum werden UV-Laser verwendet: Anwendungen, Eigenschaften und Typen
Eine wichtige Art von Laserquelle, die in vielen Bereichen und auf verschiedenen Materialien verwendet wird, ist der Ultraviolett (UV)-Laser.
Das Hauptmerkmal dieser Laser ist die reduzierte Wellenlänge, die zwischen 150 und 400 nm liegt. Diese Eigenschaft macht die Strahlung extrem energiereich und lässt sie daher mit den chemisch-physikalischen Eigenschaften der Materialien interagieren.
Was sind die Anwendungen von UV-Lasern?
Wenn wir von ultraviolettem Licht sprechen, beziehen wir uns auf ein Licht mit einer Wellenlänge, die kürzer ist als die für den Menschen sichtbare, da Violett die letzte Farbe auf der vom menschlichen Auge wahrgenommenen Skala ist.UV-Laser eignen sich für Präzisionsanwendungen und Bearbeitungen wie:
- Gravieren von Stanz- oder Mikroerosionswerkzeugen;
- Kennzeichnung von Glas und Kunststoffen, deren Oberfläche in Struktur oder chemischer Zusammensetzung nicht verändert ist;
- Schaffung kleiner Löcher in den Dieseleinspritzdüsen;
- Reinigung alter Gemälde, ohne die ursprünglichen Farbschichten zu beeinträchtigen.
- Verarbeitung von Freileitungskabeln und transparenten oder farbigen Rohren, die in verschiedenen Industriebereichen verwendet werden;
- Präzise Mikrobearbeitung verschiedener Materialien;
- Kennzeichnung von Kunststoffen für invasive medizinische Anwendungen und für Elektronikgehäuse;
Das breite Anwendungsspektrum der UV-Laserbeschriftung umfasst auch die Feinstbearbeitung wie:
- Elektronik und Halbleiter,
- Kunststoffverarbeitung,
- Präziser 3D-Aushub auf Metallen,
- Verarbeitung auf Medizinprodukten,
- Sensoren usw.
Was macht Ultraviolettlaser für diese Prozesse so geeignet?
Die kurze Wellenlänge von ultravioletten Lasern ermöglicht es ihnen, auf winzigen Flächen und fokussierten Punkten zu arbeiten.Die kurzen Pulsbreiten und hohen Energieintensitäten führen zu einem geringen Materialabtrag pro Puls und ermöglichen so die Herstellung wohldefinierter Mikrostrukturen.
Die Intensität des Strahls ist so hoch, dass das Material in einem Prozess namens Ablation in der Dampfphase abgetragen wird und das Endergebnis eine saubere Oberfläche ist.
Die UV-Laserbeschriftung wird auch als Kaltmarkierung bezeichnet, da ultraviolettes Licht die Bindungen zwischen den Atomen und Molekülen des Materials aufbricht und eine Überhitzung verhindert, wodurch eine thermische Effektzone (WEZ) mit Nebeneffekten auf die Präzision der Bearbeitung entsteht. .
Der dabei entstehende Prozess wird als photolytischer Abbau bezeichnet und erfordert minimale Leistung, um klare und sichtbare Markierungen zu erhalten, da das Material das vom Laser abgestrahlte Licht maximal absorbiert.
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Welche Arten von UV-Lasern gibt es?
Es gibt drei Haupttypen von UV-Lasern.
Diodengepumpter Festkörperlaser
Der erste ist ein diodengepumpter Festkörperlaser (DPSS) Nd:YAG Q-Switch, bei dem Duplikationskristalle verwendet werden, um die Infrarotwellenlänge von 1064 nm zu ändern und auf die Wellenlänge des Ultravioletten von 355 nm umzuschalten.Die Form des Strahls ist gaußförmig, so dass der Fleck rund ist und die Energieintensität von der Mitte zum Rand hin allmählich abnimmt. Der Strahl kann auf Spots in der Größenordnung von 10 µm fokussiert werden.
Prinzipiell sind diese Ultraviolettlaser wie alle Festkörperlaser empfindlich gegenüber Temperaturänderungen.
Die hohe Wiederholgeschwindigkeit des Vorgangs und die sehr kleine Fläche, auf der sie arbeiten, machen diese Laser für die Mikrobearbeitung am besten geeignet.
Excimer-Laser
Die zweite Art von UV-Lasern ist ein Gaslaser, der Excimer-Laser. Die Wellenlänge dieses Lasers hängt von der Art des verwendeten Gasgemisches ab und reicht von 180 nm bis über 300 nm.Der erzeugte Strahl ist nicht rund, sondern hat eine rechteckige Form mit einer mehr oder weniger konstanten Intensitätsverteilung. Masken können verwendet werden, um spezifische Spot-Geometrien zu erzeugen.
Metalldampflaser
Der dritte UV-Lasertyp ist der Metalldampflaser. Der Kupferdampflaser wird am häufigsten verwendet, obwohl auch Dämpfe vieler anderer Metalle verwendet werden können.Kupferdampflaser erzeugen Strahlung mit einer Wellenlänge von 511 nm und 578 nm. Die Form des Strahls ist gaußförmig, wodurch der Laser für den gleichen Anwendungsbereich wie der Festkörper-UV-Laser geeignet ist.
Weiterentwicklungen der UV-Laserbeschriftung
UV-Laser eignen sich daher für Anwendungen im Mikromaßstab mit qualitativ hochwertigen Ergebnissen. Damit hat sich ein breites Anwendungsspektrum erschlossen, für das es als alternative Technologie nur „Ultra Fast“(USP) Laser gibt, allerdings mit deutlich höheren Kosten.Die langsame Verarbeitungsgeschwindigkeit im Vergleich zu sichtbarer und infraroter Laserstrahlung wird Laserhersteller dazu veranlassen, Laser mit höheren durchschnittlichen Leistungen zu entwickeln, und dies wird dazu beitragen, die Kosten der Technologie zu senken.
Mit der kontinuierlichen Entwicklung des Laseranwendungssektors beschleunigt sich die Innovation und angesichts der Notwendigkeit für die moderne Industrie, extrem feine, schnelle und komplexe Bearbeitungen durchzuführen, wird eine Ausweitung der Verwendung dieser Art von Quellen erwartet.
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