Übersicht über das Fachpapier
Grundlagen der Funktionsweise von pulsbreitenmodulierten CO₂-Lasern
Die Anstiegs- und Abfallzeit des Resonators – nicht der PWM-Eingang – entscheidet darüber, ob Impulse sichtbar sind.
Das PWM-Signal, das einen CO₂-Laser ansteuert, ist eine einfache Rechteckwelle: 0 V „Low“, 5 V „High“, Frequenz und Tastverhältnis. Die aus dem Laserresonator austretende optische Leistung ist jedoch nicht einfach. Die Anstiegs- und Abfallzeiten des Resonators (~50–100 µs), die Einschränkungen der HF-Architektur sowie die Wahl zwischen Dauerstrich- (CW) und gepulstem Betrieb formen diese Rechteckwelle zu einer Ausgangsleistung um, die gepulst sein kann oder auch nicht und die dem Tastverhältnis linear entsprechen kann oder auch nicht.
Dieses Fachpapier der Novanta-Autoren Justin Conroy und Malte Hemmerich erläutert das Verhalten der Umwandlung von PWM in optische Ausgangsleistung bei HF-angesteuerten CO₂-Lasern – unter Verwendung des Synrad Firestar ti100 (CW: >100 W, max. 160 kHz, 0–100 % Tastverhältnis) sowie den Synrad Pulstar p100 (gepulst: 400 W Spitzenleistung, max. 35 % Tastverhältnis) – bei neun Kombinationen aus Tastverhältnis und Frequenz und zeigt dabei genau, wann das Ausgangssignal gepulst erscheint, wann es in einen Dauerstrich (CW) übergeht und warum.
Zu den wichtigsten Erkenntnissen gehören:
- Warum das PWM-Eingangssignal einfacher ist als die tatsächliche optische Laserleistung – und was dabei verloren geht
- Wie die Anstiegs-/Abfallzeiten des Laserkavitätssignals (~50–100 µs) mit der PWM-Frequenz zusammenwirken, um zwischen Impulsen, Sägezahnwellen und glattem CW zu unterscheiden
- Wann CW zu spezifizieren ist: Vektormarkierung, Präzisionsschneiden von Acryl und Etiketten, Wärmebehandlung
- Was gepulste Laserstrahlung leistet, was CW nicht kann: 2–4-fache Spitzenleistung beim Bohren und Durchstechen von Metall, reduzierte Wärmeeinflusszone (HAZ) bei empfindlichen Materialien
- Eine praktische Matrix mit 9 Einstellungen (3 Frequenzen × 3 Tastverhältnisse), die die tatsächliche optische Leistung beider Laser dokumentiert
Laden Sie das vollständige technische Dokument herunter, um die nebeneinander angeordneten Ausgangskurven im Oszilloskop-Stil (ti100 und p100 bei neun Kombinationen aus Einschaltdauer und Frequenz), die Erläuterung zum „Tickle-Signal“ sowie die Anwendungsmatrix „CW vs. gepulst“, mit deren Hilfe Sie vor der Inbetriebnahme der Anlage die richtige CO₂-Laserarchitektur für Ihren Prozess festlegen können.
