Невидимый луч длиной волны 10,6 мкм проходит путь в метр через три зеркала. Линза сжимает его в точку 0,1 мм, и материал в этой точке испаряется. Нажмите на любую часть станка, чтобы перейти к объяснению.
У лампы и у лазера светят атомы. Разница в том, согласованно они это делают или нет.
Каждый атом излучает сам по себе, когда захочет: в любую сторону, со случайной фазой и немного разным цветом. Получается хаос коротких цугов волн.
Пролетающий фотон заставляет возбуждённый атом выпустить точную копию себя: та же фаза, тот же цвет и то же направление. Это вынужденное излучение. Зеркала гоняют свет туда-обратно, и лавина копий растёт.
Свет — это волна, как волна на воде. Чем выше волна, тем больше энергии, причём в квадрате: волна в 2 раза выше несёт в 4 раза больше энергии. Сложим волны от 12 атомов.
Ниоткуда. У лампы та же энергия размазана во все стороны, а у лазера она собрана в одном направлении и в одном месте. Поэтому лазерный луч можно сфокусировать в точку и испарять им материал. Если фазы случайные, складываются уже энергии, а не высоты: 12 волн дают энергию ×12, а высоту только ×√12 ≈ 3,5.
Трубка неподвижна, она тяжёлая и хрупкая. Двигаются только лёгкие зеркала. Каждое поворачивает луч на 90°, и где бы ни была головка, луч в неё попадает.
Тяните головку: за ней остаётся линия реза, а последние миллиметры ещё светятся. Длина пути луча меняется, но луч всегда параллелен осям и приходит в центр. Если сбить юстировку, ошибка растёт с расстоянием: в ближнем углу станок режет, а в дальнем луч бьёт мимо. Поэтому зеркала юстируют по углам стола.
Луч из трубки толщиной ~6 мм. Линза сводит его в пятно ~0,1–0,15 мм, и площадь уменьшается в тысячи раз. 60 Вт в такой точке дают десятки киловатт на квадратный сантиметр: материал не успевает плавиться, он сразу испаряется. Вне фокуса пятно больше, рез шире и хуже.
В точке луча больше 1000 °C, а деталь можно сразу взять в руки. Посмотрите, куда уходит тепло.
* Алюминий показан для сравнения: CO₂-лазер его не режет, металл отражает луч и мгновенно растаскивает тепло по всему объёму.
Слово «нельзя» означает три очень разные вещи. Важно их различать.
У луча есть толщина: он выжигает щель шириной ~0,16 мм. Если вести луч прямо по линии модели, половина этой щели «съест» деталь, и шип станет тоньше, а паз шире.
Правило: офсет = половина ширины реза. Шип рисуем шире на 0,08 мм с каждой стороны, паз уже на 0,08 мм с каждой стороны. Луч тогда идёт по линии смещения и сжигает только то, что мы «добавили», а край детали ложится точно на линию модели.
После линзы луч сходится в точку и снова расходится, как песочные часы (красный пунктир). Но ширину реза задаёт не только толщина луча. По мере углубления энергия тратится на испарение, и внизу её остаётся меньше. Поэтому обычно рез получается V-образным: сверху шире, снизу уже. На 3 мм фанере разница почти не видна. На толстом листе шип садится плотно с одной стороны листа и болтается с другой, а если фокус стоит неудачно, станок может не прорезать насквозь (10 мм на 60 Вт обычно режут в два прохода). Что помогает: фокус на 1/3–1/2 толщины, офсет под среднюю ширину реза и пробная резка. Модель упрощённая и показывает тенденцию, а не точные цифры.