¿Qué es una lente FAC?
Las lentes Fast-Axis Collimator desde ahora FAC, son un componente esencial en los diodos láser utilizados en el corte y grabado láser.
Estas lentes tienen la capacidad de enfocar y concentrar el haz láser en un punto específico, lo que permite una mayor precisión y eficiencia, en el corte y grabado de materiales.
Ventajas de usar lentes FAC en los diodos láser
Además de su capacidad para corregir la aberración cromática y mejorar la precisión del haz láser, las lentes FAC también tienen una mayor eficiencia en la transmisión de la energía láser. Esto se debe a que las lentes FAC están fabricadas con vidrios de alta calidad y tienen un recubrimiento especial en sus superficies para minimizar la pérdida de energía. Esto permite que el haz láser sea más potente y efectivo en el corte y grabado de materiales, lo que se traduce en una mayor productividad en la producción.
3 Ventajas de usar lentes FAC en el Corte Láser
- Una de las principales ventajas de estas lentes es que son acromáticas, lo que significa que corrigen la aberración cromática del haz láser. Esto permite que el haz láser sea más preciso y consistente, lo que se traduce en un mejor rendimiento en el corte y grabado de materiales.
- También tienen un ángulo de enfoque más estrecho (colimado), lo que permite una mayor precisión en el corte y grabado de materiales delgados y pequeños.
- Tienen mayor durabilidad y resistencia a la abrasión.
Pero, ¿Qué es eso de la aberración cromática?¿Cómo la eliminan las lentes FAC?
Las lentes acromáticas para corte láser son un tipo de lente utilizada en sistemas de corte láser. Estas lentes están diseñadas para corregir la aberración cromática, que es un problema común en los sistemas de corte láser que utilizan lentes simples. La aberración cromática hace que el haz láser sea menos preciso y puede provocar problemas en la calidad del corte.
Las lentes acromáticas están compuestas de dos o más elementos de cristal de diferentes índices de refracción, lo que permite que la lente corrija la aberración cromática y mejore la calidad del haz láser.
Además, las lentes acromáticas también proporcionan un enfoque más preciso y una mayor eficiencia en la transmisión de energía láser. Esto significa que se requiere menos potencia láser para lograr el mismo resultado de corte, lo que reduce el costo y el desgaste del sistema.
Lentes Cromáticas
La aberración cromática de una lente provoca que la luz con diferentes longitudes de onda (colores) tenga distancias focales diferentes, provocando que la energía se disperse. Esto provoca un haz POCO colimado y por contra, el punto láser sea muy grande, es decir, poco eficiente.
Lentes Acromáticas
Una lente acromática (doblete acromáticos) consigue concentrar la luz de distintas longitudes de onda (roja y la azul) en el mismo foco, Haciendo que toda la energía se concentre en un solo punto. Un haz MUY colimado.
En este caso, vemos que el área del punto es muy grande respecto a la lente acromática. Haciendo que la energía se reparta en mayor superficie, es decir, que no este concentrada en un punto. Haciendo que el corte sea menos eficiente y que para cortar el mismo material tengamos que emplear mayor tiempo y mayor potencia. Por no hablar de que el corte será menos preciso.
Cuando usamos dobletes acromáticos obtenemos un punto láser más pequeño, ya que estas lentes concentran toda la energía en un punto muy pequeño, de poca superficie.
Esto nos permitirá cortar materiales más fácilmente con láseres de menor potencia, además, como el haz láser es tan fino, ganamos mucha precisión en los trabajos.
En resumen, cuando vayas a comprar un láser no debes de centrarte únicamente en la potencia del láser, también, debes de asegurarte de que usa lentes FAC (lentes acromáticas). Ya que de esta manera el módulo en su conjunto estará muy bien diseñado y obtendrás una mayor precisión y eficiencia en tus proyectos.
Además, estas lentes son duraderas y resistentes, lo que significa que se mantendrán en buen estado por mucho tiempo. Aunque recuerda, que para ello deberás de hacer un correcto mantenimiento. Acuérdate, de que es recomendable limpiar el módulo láser tras cada jornada de trabajo.
En la imagen podemos observar como el usar unas lentes acromáticas y lentes de enfoque de calidad, repercute en un punto de enfoque láser muy pequeño. En este caso, el NEJE E40 ofrece un punto de corte mínimo de 0.06 x 0.06 mm2, muy bueno con respecto a los de la competencia, que por lo general rondan los 0.08 x 0.08 mm2.
A continuación, te dejo un gráfico comparativo de cómo impacta el tamaño del punto láser en el tiempo de ejecución del trabajo y el número de pasadas usadas. En este caso, para cortar una madera de 18 mm de espesor a 120 mm/min y 100% de Potencia.
Los datos en Naranja son los referentes a los láser de 10 W de potencia óptica, mientras que los datos azules hacen referencia a los láser de 20 W de potencia óptica. Se puede observar que en ambos casos según se reduce el tamaño de punto láser, también se disminuyen el número de pasadas para realizar el corte, al igual que el tiempo que tardamos en hacer nuestro trabajo. Esto es porque se concentra la misma energía en un punto más pequeño y el corte es más eficiente, o lo que es lo mismo, la Densidad de Potencia es mayor.
![\[ Densidad Potencia = \frac{Potencia_óptica}{ÁREA_{Punto Láser}} = \frac{10 W}{0.06*0.06 mm^2} = 3.600 [W/mm^2] \]](https://pirograbadolaser.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-dcaf0e78d7ed61a39615a3bda7e4c270_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
| Tamaño del Punto Láser [X x Y mm2] | 0,04×0,04 | 0,05×0,05 | 0,06×0,06 | 0,07×0,07 | 0,08×0,08 | 0,09×0,09 | 0,1×0,1 |
| Densidad de Potencia [W/mm2] | 6.250 | 4.000 | 2.780 | 2.040 | 1.560 | 1.235 | 1.000 |
¿Qué tipos de láser usan lentes FAC?
Además, las lentes FAC también son muy versátiles y se pueden utilizar en una variedad de aplicaciones y con diferentes tipos de diodos láser. Esto incluye diodos láser de CO2, fibra óptica y diodos láser de estado sólido. Esto permite una mayor flexibilidad en la selección de la herramienta láser adecuada para cada aplicación específica.
Ejemplos de Diseño Interno de módulos Láser
En las imágenes siguientes se presenta una comparativa del diseño interno de dos módulos láser de 20 W. Para ello, vamos a irnos a los extremos, por un lado el que mejores resultados obtiene (NEJE E80), frente al peor parado (XTOOL 20W). Ambos módulos cuentan con 4 diodos láser, pero se puede apreciar una notable diferencia en la estructura de las lentes internas utilizadas, lo cual se refleja en resultados muy diferentes entre ellos.
En el caso del XTOOL, se observa que utiliza 4 lentes sumadoras en cascada para combinar los haces de luz, lo que permite obtener un solo haz que suma las potencias de los 4 diodos láser. Como resultado de esta configuración, el tamaño del punto láser obtenido es grande (0.08 mm x 0.1 mm), lo que significa que la densidad de potencia es baja debido a que el haz no es lo suficientemente estrecho. Por lo tanto, a pesar de contar con diodos láser de buena calidad, nunca se podrá aprovechar su máxima potencia.
En cambio, el NEJE E80 adopta una solución mucho más eficiente aunque más costosa. Usa varias lentes FAC donde combina los haces 2 a 2, y luego vuelve a combinarlos a través del sistema de lentes. De esta manera el ángulo de luz es más estrecho y el tamaño del punto es mucho más pequeño (0.06 mm x 0.06 mm), obteniendo así una densidad de potencia mayor.
El inconveniente es que el coste de fabricación de E80 es más alto que el de otros láseres de 20 W en términos de potencia óptica. Esto se debe tanto a la arquitectura de lentes más compleja que utiliza (un mayor número de lentes) como a la utilización de materiales de mayor calidad.