Day: 28. 8. 2020

Vývoj laserové technologie

Laserové technologie jsou ve společnosti známy už několik desetiletí (1). Jedním z prvních laserů, který byl sestrojen a zprovozněn, byl pevnolátkový laser z krystalu syntetického rubínu. Ten byl odzkoušen již v roce 1960 v Malibu, CA Theodorem H. Maimanem (2). Další objev, který později ovlivnil velkou část výrobního průmyslu bylo sestrojení CO2 laseru C. K. N. Patelem v roce 1963 (3). Vynálezy laserů byly až do začátku 80. let skryty v laboratořích.

Teprve až počátkem 90. let se svět dozvěděl o nové technologii laserového paprsku. Bylo to díky rozmachu systému kompaktních disků (CD). Poté následovalo mohutné nasazení nízko a vysoko výkonových laserů do výrobního průmyslu. Laserové systémy se začaly využívat pro řezání, svařování, vrtání, popisování, povrchové úpravy, měření a další technologie (4). Díky postupnému poklesu tržních cen méně výkonných gravírovacích laserů (do 200 W), existuje v současné době i velké množství malých subjektů, které vlastní laserovou technologii. Od těžké a sériové výroby se tak lasery začaly dostávat přes menší výroby i do prototypových, designových a dalších dílen.

Mezi lety 1991 a 1999 klesla cena polovodičových laserů z 2000$/W na 100$/W (4). Výhodami tohoto zářiče jsou jeho kompaktní rozměry, účinnost a možnosti řízení. Díky tomu jsou polovodičové lasery nejběžnějším typem používaného zářiče v dnešní době (5). Další výhodou je možnost optimalizovat výstupní charakteristiku laseru. Při výrobě lze upravovat výstupní výkon, frekvenci modulace a vlnovou délku výsledného zářiče. V posledním desetiletí došlo k významnému pokroku ve vývoji polovodičových laserů. Posun technologie byl dosažen ve vícero oblastech, mezi ty nejdůležitější patří například výstupní výkon, větší rozsah výstupních vlnových délek a spolehlivost (6).

Nízko výkonové laserové CNC stroje na trhu jsou často dodávány s poměrně jednoduchými softwary a řídicími algoritmy, které mnohdy neumí využít plný potenciál zářiče. Téměř všechny dnešní stroje nemají zpětnou vazbu na kvalitu gravírovaného výsledku. Zpětnou vazbou pak je samotný operátor, který zadává výrobní parametry do stroje manuálně na základě předchozí znalosti a aktuálního výsledku. Komplikovanost u laserového gravírování fotografií do dřeva vytváří různorodost gravírovaného materiálu, proměnná kvalita grafického podkladu a degradace zářiče. U sériové výroby jednoduchého grafického návrhu není systém řízení kvality tolik potřebný. Náklady na postupné odlaďování a testování jsou u velké série minimální. U zakázkové výroby fotografií, či prototypů je to obráceně. Při výrobě fotografií se jedná o značně komplikované vstupní podklady, které obsahují milióny pixelů a tisíce odstínů. Kvalita přenosu takových podkladů má bez zpětné vazby velmi proměnné výsledky. I zkušený operátor potřebuje několik testů k odladění histogramu dané fotografie či výkonové charakteristiky laseru pro konkrétní povrch, má-li dodat kvalitní výrobek. Navíc je každá vstupní fotografie jiná a často se zásadně liší v kompozici světlých a tmavých odstínů. Nejzásadnější rozdíly bývají ve velikosti detailů, ostrosti přechodů a v celkovém tvaru histogramu.

Proto je pro výrobu krásných vzpomínek na dřevo naprosto zásadní používat nejlépe říditelné laserové zářiče, velmi dobře filtrovat vstupní fotografie, přesně znát chemické složení použitého dřeva a mít proces výroby naprosto pod kontrolou včetně rychlostí, dosahovaných teplot a vlhkostí.

1. Kalisky, Y.Y. The physics and engineering of solid state lasers. Bellingham : Wash.: SPIE Press, c2006.

2. Siegman, A. E. Lasers. California USA : Univ. Science Books Mill Valley, 1986.

3. PATEL, C. K. N. Continuous-Wave Laser Action on Vibrational-Rotational Transitions of CO&. PHYSICAL REVIEW. no. 5. vol. 136 1964, str. p. 8.

4. Ion, J. C. Laser processing of engineering materials: principles, procedure and industrial application. Amsterdam : Elsevier/Butterworth-Heinemann, 2005.

5. Buus, J., Amann, M. C. a D. J. Blumenthal. Tunable laser diodes and related optical sources 2nd ed. Hoboken : N.J.: John Wiley, c2005.

6. Epperlein, P. W. Semiconductor laser engineering, reliability, and diagnostics: a practical approach to high power and single mode devices, 1st ed. Chichester, West Sussex, United Kingdom : Wiley, 2013.