すべてのレーザーが同じように動作するわけではありません。安定した連続ビームを放出するものもあれば、急速なパルスまたは超短バーストで発射するものもあります。これらの違いはレーザー操作モードとして知られており、切断、溶接、彫刻、マーキング、およびその他のレーザー加工作業中にレーザーが材料とどのように相互作用するかに直接影響します。

この記事では、CWレーザー、パルスレーザー、QCWレーザーの3つの一般的なレーザーモードについて詳しく説明します。カット、彫刻、マーキングのいずれであっても、これらのモードのコアの違いを理解することで、アプリケーションに適したレーザーシステムを選択できます。

特徴	CWレーザー	パルスレーザー	QCWレーザー
ビーム出力	定数	断続的なパルス	より長い持続時間のパルス
パルス幅	パルスベースではない	ミリ秒へのナノ秒	ミリ秒
ピークパワー	低い	非常に高い	高い
平均パワー	出力パワーに等しい	ピークパワーよりも低い	中程度から高
熱負荷	高い	低い	中程度
エネルギーの制御	限定	正確	中程度
ベスト向け	深い切断、継続的な雕刻	表面マーキング、細かい掘削	スポット溶接、バッテリータブ、医療用ステント
支えられたレーザーのタイプ	CO2、ファイバー、ダイオード	Qスイッチファイバー、MOPA、DPSS	QCWファイバー、QCWダイオード
コスト	下	中	より高い
システムの複雑さ	シンプル	中程度	高い

CWレーザー、パルスレーザー、QCWレーザーの3つのレーザー動作モードの比較。

1.連続波レーザー

通常CWモードと呼ばれる連続波モードでは、レーザーは一定の中断のないエネルギービームを放出します。短いバーストでエネルギーを供給するパルスレーザーとは異なり、CWレーザーは、ソースがアクティブである限り安定した出力を維持します。このシンプルでありながら強力なモードは、産業および商用レーザーシステムで広く使用されています。

nova plus — CWモードで動作するThunder Laser Nova Plusマシン。

1.1主な特徴

パルスギャップのない一定の光出力。

平均パワーは高いが、ピークパワーは比较的低い。

強力な熱入力をもたらす、偶数かつ継続的なエネルギー供給。

1.2熱衝撃

CWレーザーは強く、持続的を生成します熱効果これは、連続加熱、材料溶解、および連続切断を含むプロセスにとって重要です。

継続的な暖房

溶ける材料

継続的な切断

レーザーエネルギーは時間の経過とともに均等に適用されるため、CW操作は滑らかで中断のない切断経路と均一な溶接継ぎ目をサポートできます。これは、金属、アクリル、木材、および長時間の熱への曝露に耐える、またはその恩恵を受けるその他の材料の処理に特に適しています。

1.3利点

制御が簡単で、基本的でハイスループットな操作に適しています。

高デューティサイクル処理タスクに効率的です。

大判の切断または参加タスクに対して十分に確立され、費用効果が高い。

A Thunder Laser Nova Plus machine that works in CW mode. — CWモードレーザー切断30 mmアクリルの写真。

1.4制限

CWレーザーは強力ですが、すべてのシナリオに理想的ではありません。それらの連続的な熱入力は、繊細なまたは熱に敏感な材料を処理するときに制限になる可能性があります。

強い熱負荷は、熱に敏感な材料に反りや変色を引き起こす可能性があります。

限られたパルス制御により、CWレーザーは精密マーキングやマイクロマシニングには適していません。

適切な速度と電力調整がなければ、CWレーザーは、特に木材やプラスチックに火傷跡や焦げたエッジを残す可能性があります。

1.5一般的なタイプのCWレーザー

いくつかのタイプのレーザー光源は連続波モードで動作できます。各タイプには独自の特性があり、さまざまな素材や用途に適しています。

CO2レーザー: 赤外光を放射するガスベースのレーザー。木材、アクリル、皮革、ガラスなどの非金属材料の切断と彫刻に一般的に使用されます。

ファイバーレーザー: 利得媒体としてドープされた光ファイバを使用するソリッドステートレーザー。それらは優れたビーム品質と高い電気効率を提供し、金属の切断、マーキング、および溶接に広く使用されています。

ダイオードレーザー: 彫刻、軽量アプリケーション、または他のレーザーシステムのポンプソースとして使用されるコンパクトでエネルギー効率の高いレーザー。

Nd:YAGのレーザー: 高出力で優れたビーム品質を実現できるソリッドステートレーザーは、選択した構成の硬質金属の切断、溶接、および掘削に役立ちます。

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1.6一般的なアプリケーション

アクリル、MDF、ステンレスなどの厚い材料をレーザー切断します。

局所加熱による金属部品またはプラスチック部品の溶接。

レーザー硬化やアニーリングなどの表面処理。

継続的なバーンオフのために制御されたときのレーザークリーニング。

2.パルスレーザー

パルスモードでは、レーザーは連続ストリームではなく、短く制御されたバーストでエネルギーを放出します。各パルスは、マイクロ秒からナノ秒、さらにはフェムト秒までの範囲の定義された持続時間内に集中エネルギーを供給します。これにより、パルスレーザーモードは精密指向および低熱アプリケーションに非常に適しています。

Thunder Laser Aurora MOPA machine working in pulsed mode — パルスモードで動作するサンダーレーザーオーロラMOPAマシン。

2.1主な特徴

離散パルスでの断続的なエネルギー供給。

平均パワーが低いにもかかわらず、非常に高いピークパワー。

短いパルス持続時間は、周辺地域の熱蓄積を最小限に抑えます。

2.2熱衝撃

CWモードとは異なり、パルスレーザーは最小限の熱拡散を生成します。これにより、レーザーは周囲の材料への熱伝達を制限しながら、小さな領域にエネルギーを集中させることができます。

熱の影響を受けるゾーンが限られている局地的な暖房。

反り、焦げ、または材料の変色のリスクを減らします。

アブレーションまたは気化プロセスに対する強化された制御。

これにより、パルスモードは、特に繊細な基板や熱に敏感な基板で、精度と材料の完全性が重要なアプリケーションに最適です。

2.3利点

高精度のマーキング、彫刻、および掘削を可能にします。

熱によるダメージを減らし、ファイン加工に適しています。

周波数、持続時間、ピークパワーなど、調整されたエネルギー供給のためのさまざまなパルスパラメータをサポートします。

2.4制限

平均出力が低いと、厚い材料の切断深さやスループットが制限される可能性があります。

システムの複雑さは、特に可変パルス技術ではより高くなります。

用途および材料に応じて、より多くのチューニングおよび較正が必要とされ得る。

2.5一般的なタイプのパルスレーザー

Qスイッチされたレーザー: これらのレーザーは、光スイッチを使用してエネルギーを保存してから急速に放出し、高ピーク出力パルスを生成します。これらは、ナノ秒レベルのマーキングおよび彫刻タスクに共通しています。

MOPAのレーザー: MOPAはマスター発振器パワーアンプの略です。この構造により、パルス持続時間、周波数、およびピーク電力を独立して制御できるため、細かいマーキングと熱制御に役立ちます。

モードロックされたレーザー: モードロックは、多くの場合ピコ秒またはフェムト秒の範囲で、超短パルスを可能にします。これらのレーザーは、マイクロドリル、医用イメージング、コールドアブレーションなどの特殊な用途に使用されます。

2.6一般的なアプリケーション

金属、プラスチック、セラミックス、コーティングされた表面にレーザーマーキングと彫刻。

電子機器と半導体のマイクロドリルとスクライビング。

ペイントの除去、錆のクリーニング、および表面のテクスチャリング。

薄いフィルム、ホイル、または医療機器の細かい切断。

3.準連続波レーザー

QCWレーザーとしても知られる準連続波レーザーは、一連の高出力パルスを急速な繰り返し率で放出することによって動作します。それらの出力は連続波に似ていますが、断続的な休憩があります。このモードは、CWレーザーの熱効果とパルスレーザーのエネルギー制御との間のバランスを提供する。

3.1キー特性

高いピークパワーの急速なパルス列車。

平均電力は真のCW出力よりも低いため、熱負荷が減少します。

パルスは、熱拡散をある程度制御しながら、効果的な加熱を可能にするのに十分な長さです。

3.2熱衝撃

QCWモードは、強力であるが制御された熱効果を生成するため、CW動作の一定の熱負荷なしで中程度の熱入力が必要なアプリケーションに適しています。これは、材料のゆがみを減らし、プロセスの安定性を改善するのに役立ちます。

3.3利点

純粋なCWモードよりも優れた熱管理。

より深い浸透またはより速い処理のためのCWより高いピークパワー。

溶接、切断、および選択されたマーキング用途に適しています。

3.4制限

CWレーザーよりも複雑な制御。

マイクロマシニングや繊細なマーキング用の完全パルスレーザーほど正確ではありません。

CWおよびパルスレーザーと比較して限られた可用性。

3.5一般的なアプリケーション

金属溶接とクラッディング。

中厚の材料の切断。

より高い電力で制御された熱入力を必要とするアプリケーション。

4.一般的な誤解: レーザータイプは出力モードと同じではありません

連続操作やパルス操作などのレーザーの出力モードを、厳密にレーザー媒体または励起方法に関連付けることはよくある誤解です。実際には、出力モードは、どのレーザータイプであるかだけでなく、レーザーシステムがどのように構成されているかに依存します。

たとえば、CO2レーザーはガス媒体を使用し、多くの場合、無線周波数で電力を供給されます。切断タスクの連続モードで実行するように構成することも、選択したマーキングおよび彫刻タスクのパルスまたは超パルス操作をサポートすることもできます。同様に、MOPAファイバーレーザーシステムはシードレーザーとアンプを組み合わせたもので、用途に応じてさまざまなパルス設定をサポートできます。

この柔軟性のため、ファイバーレーザーが常に連続して動作することや、CO2レーザーが常にパルスモードで動作することを想定しないでください。実際の動作モードは、レーザーハードウェア、ドライバ、およびソフトウェアの設計方法によって異なります。

レーザーシステムを選択または評価するときは、レーザーの種類に基づく仮定だけに頼るのではなく、メーカーまたは製品ドキュメントでサポートされている特定の動作モードを常に確認してください。

5.結論

CWレーザーは安定したエネルギーを提供し、ディープカット、連続彫刻、溶接に適しています。パルスレーザーシステムは、調整可能なバーストによって精度とエネルギーの制御を提供し、マーキング、細かい掘削、およびマイクロマシニングに役立ちます。 QCWレーザーはこれら2つのモードの間に位置し、真のCW動作よりも制御された熱挙動を備えた高ピーク電力を提供します。

パルス形状、パルス幅、繰り返し率、ピークパワー、および平均パワーを理解することは、レーザーがさまざまな材料とどのように相互作用するかを予測するのに役立ちます。この知識は、試行錯誤を減らし、処理品質を向上させ、切断、彫刻、マーキング、または溶接のニーズに合ったレーザーシステムを選択するのに役立ちます。

適切なレーザーモードまたはレーザーマシンを選択するのに役立つ必要がありますか?

Thunder Laserに連絡して、材料、アプリケーション、およびレーザー加工の要件について説明してください。

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内容

1.連続波レーザー

2.パルスレーザー

3.準連続波レーザー

4.一般的な誤解: レーザータイプは出力モードと同じではありません

5.結論