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 ermöglicht daher eine Wechselwirkung mit den chemisch-physikalischen Eigenschaften der Materialien.
Was sind die Anwendungen von UV-Lasern?
Wenn wir von ultraviolettem Licht sprechen, beziehen wir uns auf Licht mit einer Wellenlänge, die kürzer ist als die für 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;
Markierung von Glas und Kunststoffen, deren Oberfläche in Struktur oder chemischer Zusammensetzung nicht verändert wird;
Entstehung kleiner Löcher in den Dieselinjektoren;
Alte Gemälde reinigen, ohne die ursprünglichen Farbschichten anzugreifen.
Verarbeitung von Freileitungen und transparenten oder farbigen Rohren, die in verschiedenen Industriebereichen verwendet werden;
Präzisionsmikrobearbeitung verschiedener Materialien;
Markierung von Kunststoffen für invasive medizinische Anwendungen und für Elektronikgehäuse;
Bei der Oberflächenstrukturierung schließen diese Laser die Lücke zwischen lithografischen Techniken, die bei der Herstellung integrierter Schaltkreise verwendet werden, und der mechanischen Mikro-EDM-Bearbeitung.
Das breite Anwendungsspektrum der UV-Laserbeschriftung umfasst auch Feinstbearbeitungen wie:
Elektronik und Halbleiter,
Kunststoffverarbeitung,
Präziser 3D-Aushub auf Metallen,
Verarbeitung auf Medizinprodukten,
Sensoren usw.
Metallfräsen mit UV-Laser
Was macht Ultraviolettlaser für diese Prozesse so geeignet?
Die kurze Wellenlänge von UV-Lasern ermöglicht es ihnen, auf winzigen Bereichen 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 der Dampfphase in einem als Ablation bezeichneten Prozess entfernt wird, dessen Endergebnis eine saubere Oberfläche ist.
Die UV-Lasermarkierung ist auch als Kaltmarkierung bekannt, da ultraviolettes Licht die Bindungen zwischen den Atomen und Molekülen des Materials aufbricht, eine Überhitzung verhindert und eine thermische Effektzone (HAZ) mit Nebenwirkungen für die Präzision der Verarbeitung erzeugt. .
Der erzeugte Prozess wird als photolytischer Abbau definiert und erfordert minimale Energie, um klare und sichtbare Markierungen zu erhalten, da das Material das vom Laser ausgestrahlte Licht maximal absorbiert.
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Infrarot bis ultraviolettes Lichtspektrum
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 sie auf die Wellenlänge des Ultravioletten von 355 nm umzuschalten.
Die Form des Strahls ist gaußförmig, sodass der Fleck rund ist und die Energieintensität von der Mitte zum Rand hin allmählich abnimmt. Der Strahl kann auf Flecken in der Größenordnung von 10 µm fokussiert werden.
Prinzipiell sind diese UV-Laser, wie alle Festkörperlaser, empfindlich gegenüber Temperaturänderungen.
Die hohe Wiederholungsgeschwindigkeit des Vorgangs und die sehr kleine Fläche, auf der sie arbeiten, machen diese Laser am besten für die Mikrobearbeitung geeignet.
Excimer-Laser
Der zweite UV-Lasertyp ist ein Gaslaser, der Excimerlaser. Die Wellenlänge dieses Lasers hängt von der Art des verwendeten Gasgemisches ab und reicht von 180nm bis über 300nm.
Der erzeugte Strahl ist nicht rund, sondern hat eine rechteckige Form mit einer mehr oder weniger konstanten Intensitätsverteilung. Masken können verwendet werden, um spezifische Punktgeometrien zu erzeugen.
Metalldampflaser
Die dritte Art von UV-Lasern ist der Metalldampflaser. Der Kupferdampflaser wird am häufigsten verwendet, obwohl auch Dämpfe vieler anderer Metalle verwendet werden können.
Kupferdampflaser erzeugen Strahlung bei einer Wellenlänge von 511 nm und 578 nm. Die Form des Strahls ist gaußförmig, wodurch der Laser für den gleichen Anwendungsbereich wie der Festkörper-Ultraviolettlaser geeignet ist.
Weiterentwicklungen der UV-Laserbeschriftung
UV-Laser eignen sich daher für Anwendungen im Mikromaßstab mit qualitativ hochwertigen Ergebnissen. Dadurch hat sich ein breites Anwendungsspektrum erschlossen, für das als alternative Technologie nur „Ultra Fast“ (USP)-Laser existieren, allerdings zu deutlich höheren Kosten.
Die langsame Verarbeitungsgeschwindigkeit im Vergleich zu sichtbarer und infraroter Laserstrahlung wird Laserhersteller dazu veranlassen, Laser mit höheren Durchschnittsleistungen zu entwickeln, was dazu beitragen wird, 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 dieses Quellentyps erwartet.
