創新的光學設計和高精度的零件制造是英國行業合作的核心，該合作旨在解決鋼結構產品中邊緣腐蝕的普遍問題，尤其是用于重型建筑設備的鋼板，例如挖掘機，垃圾箱，反鏟裝載機等。該EDGETECT2 R＆d財團，這是出資的£1英鎊百萬調創新英國，英國的創新機構，將行動從以前的可行性研究，以開發出能夠“微調”的下一代光學元件的調查結果用于切割和制造高附加值鋼制零件的大功率CO 2激光器和光纖激光器的材料加工能力。
 

盡管這是技術的最終目標，但使能材料科學對EDGETECT2項目團隊提出了一些重大挑戰。在鋒利的鋼邊緣上使用油漆和其他防腐蝕涂料通常會導致保護膜在干燥和固化過程中被拉離，這種現象源于表面張力效應。反過來，這會導致不足的腐蝕防護和下層鋼表面生銹，尤其是在所有建筑工地常見的惡劣條件下。
 

盡管這種效果是涂料行業中眾所周知的問題，但商業現實是，大多數激光切割工藝都是為提高速度和產量而設計的，從而在加工鋼板上產生了非常鋒利的邊緣。而且，不存在用于生產針對最終涂層優化的邊緣幾何形狀的在線技術，而手動邊緣修整過程對于生產環境而言通常過于昂貴且耗時。
 

從設計到制造

看來，這個難題的答案可能在于EDGETECT2的兩個合作伙伴共同開發的新型雙焦點硒化鋅（ZnSe）鏡片：LBP Optics及其母公司ULO Optics（一家多元化的英國光學公司）專門從事紅外激光光學器件，熱成像光學器件和光束傳輸系統的設計和制造的組件組。希望是代表LBP Optics產品組合的新成員的ZnSe透鏡最終將被整合到工業激光系統中，以產生一種切割過程，該切割過程會在成品鋼板中產生倒圓的邊緣，從而使涂料層更加美觀。平整并在這些邊緣保留增加的厚度。
 

LBP Optics的鉆石車削顧問Graham Allberrey表示：“我們定期與處于各自行業技術最前沿的客戶合作-從激光系統OEM到軍事，國防和航空承包商。” “為支持EDGETECT2財團，我們正在利用最新的投資來購買最先進的激光輔助金剛石加工工具（英國僅有的兩臺此類機器之一），以便我們能夠延長晶體的工具壽命例如硒化鋅和硫化鋅，也可以切割原本無法加工的材料，例如熔融石英。”
 

與EDGETECT2合作的兩家光學器件供應商共同合作，是建筑設備的全球制造商以及其他四個行業合作伙伴：超聲清洗系統，專門從事噴漆前切割鋼的制備；威士伯粉末涂料，一家工業油漆和涂料制造商；英國激光切割和制造公司Laser Expertise；和TWI，一個獨立的研究機構，專注于工程設計，材料和連接技術。
 

光學工程

到2022年4月為止的EDGETECT2工作計劃已經進行了12個月，Allberrey和他在LBP Optics的團隊剛剛交付了第一批雙焦點ZnSe透鏡原型。這些組件基于ULO Optics技術總監Nick Ellis構思的v1.0設計，并包括光學組件的中央部分，其形狀與傳統的球形透鏡相同，可將激光束聚焦到切割焦點上。同時，鏡片的外部徑向區域結合了一個所謂的“軸錐”，即淺圓錐形表面，可形成低功率的環形光束圖案，以軟化切割鋼的邊緣。
 

鏡片的評估是在Laser Expertise的R＆D CO 2激光系統上進行的。“這是鏡頭的首次通過設計，我們預計至少要再進行一到兩次迭代，” Ellis說。透鏡將改變聚焦激光束的形狀，從而將一些能量從主切割區域轉移出去。我們希望這種巧妙的光學處理能夠軟化相鄰的材料并創建更圓潤的邊緣輪廓。”
 

同時，正在進行開發類似的雙焦點透鏡以集成到光纖激光切割系統中的工作-在這種情況下，將替換用于防止工件后向散射損壞激光器昂貴的光學子系統的光學窗口。在此應用中選擇的材料是熔融石英，這是另一種異常棘手的基材，需要LBP激光輔助金剛石加工工具的專業能力。“我們認為CO 2和光纖激光器系統的光學物理特性幾乎相同，因此，如果我們針對一種激光技術優化了這種雙焦點透鏡，我們希望能夠使它在另一種激光器上工作，”埃利斯補充道。
 

雖然EDGETECT2非常專注于行業的高端產品，但Allberrey指出，ULO Optics和LBP Optics還為在大學環境中進行應用光學研發的眾多科學客戶提供服務。他總結道：“ EDGETECT2是一個很好的例子，說明我們從項目開始就與所有客戶（工業和學術界）緊密合作。” “我們可以以非常高的精度加工各種復雜形狀，例如圓柱體，復曲面透鏡和非球面透鏡，這些透鏡在先進的激光系統中被更頻繁地使用。”