این فناوری هزینه قابل توجهی دارد. بنابراین، این سؤال مطرح می شود که کدام روش برای شما مناسب است؟ هر دو روش یک کار را انجام می دهند. هر نوع دستگاه لیزر (حتی کوچک ترین و اساسی ترین لیزر ۵۰ وات Nd: YAG) توانایی ذوب تقریباً هر ماده ای را دارد، بنابراین میتوان گفت به نیازهای فردی هر کارگاه بستگی دارد. اگر در یک کارگاه کوچکتر هستید که نیازهای سبکی دارد، ممکن است سرمایه گذاری در فناوری FSS منطقی نباشد. با این حال، کارگاه هایی که نیاز به درخواست بیشتر و استفاده مکرر از دستگاه را دارند و از دقت بهینه برخوردار هستند، ممکن است سرمایه گذاری در فناوری لیزر FSS را انتخاب کنند.

 لیزر YAG

لیزر YAG مخفف عبارت Yttrium Aluminum Garnet است که غالباً با افزودن یون‌های نئودیمیوم (Nd) به‌صورت Nd:YAG شناخته می‌شود. در این لیزر، بلور (Garnet) به‌عنوان محیط فعال (Active Medium) به کار می‌رود که یون‌های نئودیمیوم در آن کاشته شده‌اند. یون‌های نئودیمیوم در اثر تحریک (پمپاژ) نوری، به تراز انرژی بالاتر رفته و در فرایند گسیل القایی، فوتون تولید می‌کنند.

مکانیزم عملکرد

در لیزر Nd:YAG، معمولاً از لامپ‌های فلش یا دیودهای لیزری برای پمپاژ نوری استفاده می‌شود. نور پمپاژ، یون‌های نئودیمیوم را تحریک کرده و وقتی این یون‌ها به سطح انرژی پایه بازمی‌گردند، فوتون‌های همدوس ساطع می‌کنند. آینه‌های موجود در دو انتهای کاواک، به تقویت و جهت‌دهی این فوتون‌ها کمک می‌کنند تا پرتوی قدرتمند و همدوس لیزری شکل بگیرد.

ویژگی‌های مهم

• طول موج: لیزر Nd:YAG اغلب در طول موج حدود ۱۰۶۴ نانومتر عمل می‌کند که مناسب بسیاری از کاربردهای صنعتی و پزشکی است.

• پایداری: به دلیل استفاده از بلورهای جامد، پایداری پرتوی لیزر Nd:YAG نسبتاً بالا بوده و مناسب برای فرایندهای صنعتی دقیق است.

• توان و کیفیت پرتو: لیزرهای Nd:YAG قادر به تولید توان‌های بالا با کیفیت پرتو نسبتاً خوب هستند.

تعریف لیزر فایبر

لیزر فایبری نوعی لیزر حالت جامد است که محیط فعال آن یک فایبر نوری مخصوصاً دوپ‌شده با عناصری نظیر اربیوم (Er)، ایتربیوم (Yb)، نئودیمیوم (Nd) یا ترکیبی از این‌ها است. این فایبرها قابلیت هدایت نور را دارا بوده و به طور هم‌زمان به‌عنوان بستر تقویت نوری و مسیر عبور پرتو لیزری عمل می‌کنند.

مکانیزم عملکرد

پمپاژ نوری در لیزر فایبری از طریق دیودهای لیزری (Laser Diodes) انجام می‌شود. این دیودها نوری را تولید می‌کنند که با طول موج مناسب فایبر دوپ‌شده تزویج شده و در طول فایبر پراکنده می‌شود. در نتیجه، یون‌های دوپ‌کننده در فایبر تحریک شده و فوتون‌های لیزری ساطع می‌شود. مزیت اصلی لیزر فایبری در این است که کل مسیر فایبر به عنوان رزوناتور و محیط تقویت عمل می‌کند و راندمان بالا و اتلاف انرژی کمتری دارد.

ویژگی‌های مهم

• طول موج متنوع: بسته به نوع دوپ‌کننده، لیزر فایبری می‌تواند در طول‌موج‌های متنوعی کار کند؛ برای مثال لیزرهای ایتربیوم‌دوپ‌شده در ناحیه ۱۰۶۰-۱۰۸۰ نانومتر عمل می‌کنند.

• ساختار فشرده: استفاده از فایبر نوری به عنوان محیط فعال و کاواک باعث شده تا ساختار لیزر بسیار کوچک و سبک باشد.

• بهره‌وری بالا: به دلیل طول مسیر نوری طولانی و تزویج مناسب، راندمان تبدیل الکتریکی به نوری در لیزرهای فایبری بالا بوده و موجب کاهش هزینه‌های عملیاتی می‌گردد.

کاربردهای صنعتی مقایسه لیزر YAG و لیزر فایبر

صنایع برش و جوش

• لیزر YAG: هنوز در بسیاری از فرایندهای جوشکاری صنعتی مخصوصاً در قطعات فلزی پرکاربرد است. بااین‌حال، در فرایند برش فلزات با ضخامت کم نیز می‌توان به خوبی از آن استفاده کرد.

• لیزر فایبری: در سال‌های اخیر، به دلیل سرعت بالا، تمرکز پرتو عالی و هزینه کمتر، جایگاه غالبی در بازار برش لیزری به‌ویژه برای فلزات باریک تا متوسط کسب کرده است. همچنین در حوزه جوشکاری، کیفیت و دقت بالایی ارائه می‌دهد.

کاربردهای پزشکی

• لیزر YAG: به دلیل تعامل مناسب با بافت‌های مختلف (به‌ویژه در طول موج ۱۰۶۴ نانومتر)، در جراحی چشم، برداشتن خال و تاتوهای پوستی و همچنین در دندانپزشکی کاربرد دارد.

• لیزر فایبر: در پزشکی نیز به کار می‌رود، اما به‌صورت تخصصی‌تر در فرایندهایی مثل فتودینامیک‌تراپی یا کاربردهایی که به فایبر نوری باریک و قابل انعطاف نیاز است، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

حکاکی و مارکینگ (Marking)

• لیزر YAG: همچنان در بسیاری از سیستم‌های مارکینگ صنعتی، به‌ویژه در کاربردهایی که به عمق حک زیاد نیاز است، استفاده می‌شود.

• لیزر فایبر: برای مارکینگ روی طیف وسیعی از فلزات و مواد غیرفلزی با سرعت و وضوح بالا به کار گرفته می‌شود و به‌خاطر ساختار کامپکت و اتوماتیک‌سازی راحت، در صنایع الکترونیک و بسته‌بندی رشد سریعی داشته است.

مزایا و محدودیت‌های مقایسه لیزر YAG و لیزر فایبر

لیزر Nd:YAG

• مزایا:

• طول موج مناسب برای برش و جوش بسیاری از فلزات و غیرفلزات.

• پایداری قابل‌قبول و کارکرد اثبات‌شده در صنایع مختلف.

• محدودیت‌ها:

• راندمان نوری پایین‌تر نسبت به لیزر فایبر.

• نیاز به سیستم خنک‌کننده بزرگ و احتمال سایش یا استهلاک بیشتر لامپ پمپاژ 

لیزر فایبر

• مزایا:

• راندمان بالا و کاهش هزینه‌های عملیاتی. 

• ساختار فشرده و ماژولار که انتقال و نصب آن را آسان می‌کند.

• نیاز کم به نگهداری و پایداری توان خروجی در طولانی‌مدت.

• محدودیت‌ها:

• سرمایه‌گذاری اولیه بالاتر 

• تکنولوژی فایبر ویژه و پیچیدگی در تعمیر یا تعویض اجزاء در برخی شرایط.

تفاوت ها و مزایای YAG و Fiber

• بازدهی

 لیزر Nd: YAG را یک لامپ فلاش تأمین می کند. نوری همچون فلاش دوربین اما بسیار بزرگتر، بنابراین یک فلاش نور سفید استاندارد با طول موج در محدوده ماورا بنفش (UV) تا مادون قرمز (IR) را ارائه می دهد. برای پمپاژ بلورهای Nd: YAG به طول موج حدود ۸۰۸ نانومتر (nm) نیاز دارید. تمام نورهای دیگر تولید شده توسط چراغ چشمک زن به عنوان اشعه هدر رفته از قسمت های دیگر حفره جذب می شود و باید به عنوان گرما توسط محفظه چیلر آب خارج شود. به دلیل محدود بودن این طیف نوری موجود و نیاز به چیلر، متوسط ​​لیزر Nd: YAG دارای بازدهی انرژی ۳ تا ۴ درصد است. در مقابل، لیزرهای Fiber امروزی می توانند به ۳۵ درصد بازدهی برسند. لیزر Fiber با استفاده از دیود های لیزر به عنوان منبع تغذیه، به این هدف می رسد. این دیود ها فقط یک طول موج خاص تولید می کنند که کاملاً متناسب با خط جذب است. با مهار صحیح انرژی، تمام نوری که توسط دیود تولید می شود توسط فیبر جذب شده و به نور لیزر منتقل می شود. این بدان معناست که یک سیستم Nd: YAG ۳۰۰ وات می تواند ۱۰ کیلووات مصرف برق داشته باشد، در حالی که یک سیستم لیزری ۳۰۰ وات Fiber فقط حدود ۱۰۰۰ وات را برای انجام کار مشابه استفاده می کند. این موضوع برای کارگاه ها مهم است زیرا اکنون حتی سیستم های ۴۵۰ وات Fiber نیز می توانند توسط یک خروجی استاندارد ۲۲۰ ولت تأمین شده و کار کنند.

• سیستم خنک کننده

یک سیستم Nd: YAG از کریستال های لیزر، برق و یک چراغ فلاش زنون برای ایجاد پرتو استفاده می کند. این فرآیند مقدار زیادی گرما درون دستگاه تولید می کند که برای حفظ درجه حرارت و عملکرد مناسب دستگاه به یک واحد خنک کننده خارجی بزرگ نیاز دارد. چیلر گرما را می گیرد و آن را از دستگاه و به محیط اطراف می دهد، که اگر در مدت زمان طولانی انجام شود می تواند درجه حرارت کارگاه را افزایش دهد. چیلر همچنین مقدار قابل توجهی برق مصرف می کند تا دمای آب را ثابت نگه دارد. از آنجا که دیودها از لیزر های Fiber در یک طول موج خاص استفاده می کنند که می تواند مستقیماً به نور لیزر تبدیل شود، گرمای خارجی کمتری تولید می کنند. به عنوان مثال، برای ایجاد ۳۰۰ وات برق لیزر از یک دستگاه Fiber به ۱ کیلووات برق نیاز دارد و ۷۰۰ وات گرمای محیط تولید می شود که یک فن کوچک می تواند آن را حذف کند. ایجاد همان وات توان لیزر از دستگاه Nd: YAG به ۱۰ برابر برق نیاز دارد و در نتیجه ۹۷۰۰ وات گرمای باقیمانده وجود دارد که فقط با یک چیلر خارجی قابل سرد شدن است

• جابجایی و حمل و نقل

مصرف زیاد برق و استفاده از چیلر های آب باعث شده است که دستگاه های لیزری Nd: YAG با توان بیش از ۱۵۰ وات قابل جابجایی نیستند و همچنین ترازبندی دقیق کریستال لیزر Nd: YAG و دو آینه رزوناتور نیز پس از جابجایی باید دوباره انجام شود که این مسئله نیز کار جابجایی را سخت تر می کند. حتی با وجود مکانیک های خبره، لرزش و شوک احتمالی ناشی از حمل و نقل می تواند تنظیم تشدید کننده لیزر را به هم بریزد و نیاز به سرویس توسط یک تکنسین لیزر را بوجود بیاورد. مصرف کم انرژی سیستم های لیزر Fiber باعث می شود که با یک منبع تغذیه خروجی استاندارد ۲۲۰ ولت، خنک کننده با هوا با استفاده از فن های کوچک و یک تشدید کننده جامد و بدون تنظیم مکانیکی کار کند. همه این ها باعث می شود که حمل و نقل این مدل لیزر راحت تر باشد. در لیزر های Fiber از آنجا که منبع لیزر کاملاً در بدنه اصلی قرار گرفته است و سر لیزر بسیار کوچک است، اپراتور می توانند آن را به راحتی در هر مکانی که برای جوشکاری نیاز دارند جابجا کرده و تنظیم کنند، حتی در مکان های صعب العبور مانند قالب خیلی بزرگ یا یک پرس قالب گیری

• هزینه ها

این مزایای لیزر Fiber هزینه قابل توجهی دارد. قیمت ۲۰ تا ۳۰ درصد بیشتر از مدل های مشابه در Nd: YAG است. اکثر کارگاه های کوچک دارای استفاده محدود از دستگاه جوشکاری لیزر هستند و تمایل دارند واحد خود را در یک مکان ثابت داشته باشند، که بسیاری از مزایای Fiber را نفی می کند. حتی با هزینه های نگهداری گاه به گاه و تعویض سالانه لامپ ها، فناوری Nd: YAG ساده تر است.

• تعمیر و نگهداری

سیستم های Nd: YAG به آینه های قابل تنظیم، بلور لیزر و یک لامپ فلاش نیاز دارند تا پرتو لیزر تولید شود. این فرایند مقادیر زیادی گرما در داخل ماشین تولید می کند که باید با چیلرهای آب خنک شود و به قطعات متحرک اضافی و مصرف برق نیاز دارد. منبع پرتوی لیزر Fiber کاملاً آب بندی شده است. قطعات مکانیکی ندارد که یک مکانیک بتواند آن را تنظیم کند. قدرت پمپ را مستقیماً از دیود های لیزر دریافت می کند که تقریباً ۱۰۰۰۰۰ ساعت کار مداوم را ممکن می کند. این بدان معناست که اگر دستگاه در حال استفاده و کار ۲۴/۷ است، این دیود ها فقط باید هر ۱۰ سال یک بار تعویض شوند. در مقابل، لیزر های Nd: YAG از لامپ های فلاش با بلورهای لیزر نیرو دریافت می کنند که انرژی را به محیط فعال منتقل می کنند. یک کارگاه جوشکاری معمولی می تواند انتظار داشته باشد که هر دو ماه یکبار لامپ Nd: YAG عوض کند و  کارگاه های کوچک سالی یکبار باید لامپ فلاش را عوض کنند. آینه های داخل سیستم های Nd: YAG باید به صورت دوره ای تنظیم و تعویض شوند و کریستال های گران قیمت لیزر برای همیشه دوام نخواهند داشت. برای اطمینان از اینکه واحد با حداکثر پتانسیل خود کار کند، یک برنامه سرویس سالانه را با تامین کننده دستگاه لیزر خود برنامه ریزی کنید.

در پایان 

هر دو روش یک کار را انجام می دهند. هر نوع دستگاه لیزر توانایی ذوب تقریباً هر ماده ای را دارد، بنابراین میتوان گفت به نیازهای فردی هر کارگاه بستگی دارد. اگر در یک کارگاه کوچکتر هستید که نیازهای سبکی دارد، ممکن است سرمایه گذاری در فناوری FSS منطقی نباشد. با این حال، کارگاه هایی که نیاز به درخواست بیشتر و استفاده مکرر از دستگاه را دارند و از دقت بهینه برخوردار هستند، ممکن است سرمایه گذاری در فناوری لیزر FSS را انتخاب کنند.