Стеклянная трубка или RF-излучатель: какой CO2-лазер стоит в станке и что это меняет

Как устроены два источника

Внутри обоих источников одна и та же газовая смесь на основе углекислого газа, а луч выходит через полупрозрачное зеркало на торце. Отличаются материал корпуса и способ, которым в газ подают энергию.

У трубок Yongli серии R, например, длина от 1050 до 1850 мм при диаметре 80 мм, номинальная мощность 65–140 Вт, а рекомендуемый рабочий ток 16–28 мА в зависимости от модели. Блок питания для них выдаёт 10–30 кВ постоянного тока и до 38 мА. Мощность растёт вместе с длиной колбы, поэтому трубка на 130–150 Вт занимает почти два метра и задаёт длину корпуса станка.

В техническом материале Trotec частота накачки названа в диапазоне примерно от 40 до 90 МГц, а КПД импульсного CO2-лазера оценён в 10–15 %. Чтобы получить 100 Вт излучения, в газ приходится подавать больше 1 кВт радиочастотной мощности, и это тепло нужно отводить. Luxinar в своих излучателях Ceramicore выносит электроды наружу керамического корпуса, чтобы внутри не было металла, который реагирует с газом.

Сравнение по паспортам

Частоту модуляции стеклянной трубки в паспортах обычно не пишут. Epilog объясняет это так: возбуждение постоянным током само по себе ограничивает, как часто трубка может включаться и выключаться. Отсюда главное практическое различие.

Скорость и мелкая гравировка

При растровой гравировке голова идёт строками, а лазер включается и гаснет на каждой точке изображения. Чем быстрее источник реагирует на сигнал, тем выше можно поднять скорость без размытых краёв и пропусков. У RF-излучателей это заложено в паспорт: Coherent указывает для Diamond J-5 импульсы от одиночного до 200 кГц и время спада не больше 40 мкс, Synrad для серии vi пишет, что быстрые фронты нарастания и спада нужны именно для скоростной гравировки, маркировки и кодирования.

Производители станков с RF-источниками переводят это в скорость работы. По оценке Epilog, задача, которая на RF-станке занимает 15 минут, на станке со стеклянной трубкой той же мощности может идти больше часа. Trotec пишет, что на высокой скорости стеклянная трубка не даёт резкой гравировки и шрифт размером 3 пункта перестаёт читаться, а RF-излучатель держит мелкий шрифт. Оба производителя продают RF-станки, поэтому цифры стоит считать ориентиром, а не результатом независимого теста. Принцип при этом верный, и его легко проверить пробной гравировкой фотографии на обоих станках.

Второй фактор качества — пучок. У большинства RF-излучателей Synrad и у Coherent J-5 параметр M² меньше 1,2, то есть пучок близок к идеальному и фокусируется в маленькое пятно. Epilog связывает с этим более мелкие детали и более гладкий рез. Trotec добавляет, что у стеклянной трубки пучок расходится сильнее, и на поле 1300 × 900 мм разница в мощности по полю может доходить до 15 %. На практике это видно как разная глубина гравировки по краям большого листа.

При резке преимущество RF заметно меньше. Рез фанеры или акрила идёт на непрерывном излучении, лазер почти не переключается, и толщину реза определяют мощность, фокус, скорость и обдув. Поэтому для резки листовых материалов мастерские чаще всего берут станки со стеклянной трубкой.

Ресурс и гарантия: почему цифры расходятся

Ресурс стеклянной трубки разные источники оценивают очень по-разному. В паспортах трубок Yongli заявлено 7500–12 000 часов в зависимости от серии, подробнее об этом в материале про ресурс и замену трубки. Luxinar пишет, что стеклянные трубки живут несколько тысяч часов или выходят из строя раньше, Trotec называет около 1000 часов. Разрыв объясняется тем, что считают час по-разному: на номинальном токе или на пиковом, до полной поломки или до заметного падения мощности.

Посчитаем на примере мастерской, которая работает в одну смену. Пусть лазер светит 6 часов в день 250 дней в году, тогда за год набегает 6 × 250 = 1500 часов. При паспортных 7500 часах трубки хватит на 7500 ÷ 1500 = 5 лет, а если реальный ресурс 3000 часов, то на 2 года. Это расчёт, а не обещание производителя: трубку, которую постоянно гоняют на максимальном токе или перегревают, меняют раньше.

У RF-излучателей гарантию дают не на часы, а на годы. Synrad гарантирует мощность серии 48 три года с даты отгрузки независимо от наработки, для vi30+, ti и i501 срок два года. Epilog даёт на свои металлокерамические трубки два года, а стеклянные, по его словам, чаще всего покрыты гарантией на полгода. Trotec оценивает срок службы RF-излучателя в 5–6 лет и пишет, что после перезаправки газом он может проработать до 10 лет. Luxinar обещает своим керамическим излучателям 5 лет и больше и бесплатную перезаправку в течение 7 лет после покупки.

RF-излучатель тоже стареет. Trotec описывает три причины: воздух медленно проникает в резонатор и снижает мощность на несколько процентов в год, электроника изнашивается от тепла (по их правилу, нагрев полупроводника на 10 °C вдвое сокращает его срок), а холодный пуск в непрогретом помещении нагружает блок радиочастотного питания.

Охлаждение и условия в цехе

Стеклянной трубке нужна вода. В руководстве Yongli для серии R указаны промышленный чиллер, дистиллированная или деионизированная вода, температура 20–30 °C и расход от 3 до 13 л/мин в зависимости от модели. Помещение по тому же паспорту должно быть от 15 до 32 °C, а при хранении ниже нуля воду из трубки сливают полностью.

RF-излучатели малой и средней мощности охлаждаются воздухом. Synrad 48-1 выпускают в воздушном и водяном вариантах, у Luxinar Infinity от 50 до 120 Вт можно выбрать вентилятор или воду, и только модель на 150 Вт идёт с водой. У воздушного охлаждения есть свои ограничения. Trotec приводит снижение мощности на 0,5–1,5 % на каждый градус выше порога, который у одной из их серий равен 22 °C, и ограничение по высоте: излучатели на 60–100 Вт с воздушным охлаждением рассчитаны на работу не выше 1500 м над уровнем моря.

Мощные RF-источники охлаждаются только водой, и требования к ней строже, чем у стекла. Coherent Diamond J-5 на 450 Вт отдаёт в воду до 9 кВт тепла и просит держать её в пределах 21–25 °C с отклонением не больше 1 °C. Для сравнения, чиллер S&A CW-5200 рассчитан, по данным производителя, на стеклянную трубку до 130 Вт или на RF-излучатель до 60 Вт. Судя по этим цифрам, при одинаковой мощности луча RF-источник отдаёт в воду больше тепла.

Мощность и длина волны

У стеклянной трубки мощность упирается в длину колбы: в серии Yongli R номинал растёт от 65 Вт при длине 1050 мм до 140 Вт при 1850 мм. У RF-излучателей диапазон шире в обе стороны. Synrad выпускает модели от 10 Вт (серия 48) до 500 Вт (i501), серия Coherent J начинается со 150 Вт и доходит до 500 Вт с лишним, а у Diamond J-5 пиковая мощность импульса 1800 Вт. Luxinar в пресс-релизе к выставке Photonics West 2026 называет свой ряд запаянных CO2-лазеров от 30 до 1000 Вт.

Только у RF-источников есть выбор длины волны. Кроме обычных 10,6 мкм Synrad и Luxinar делают версии на 10,2 и 9,3 мкм. Novanta объясняет, зачем это нужно. Полипропиленовые плёнки этикеток и упаковки лучше поглощают 10,2 мкм, и резка или перфорация на этой волне идёт в 2,5–4 раза быстрее. На 9,3 мкм ПЭТ маркируется с контрастным матовым следом и режется с меньшим оплавлением кромки. Для мастерской, которая режет фанеру и акрил, это не имеет значения, а для линии маркировки упаковки решает.

Безопасность

Самая опасная часть станка со стеклянной трубкой — высоковольтная цепь. Производитель Yongli предупреждает, что смертельно опасное напряжение может оставаться в цепи и после отключения питания, поэтому трубку и блок питания обслуживает только подготовленный человек при обесточенном станке. Сама колба хрупкая, а при хранении ниже нуля воду из неё нужно сливать, иначе рубашку разорвёт лёд.

У RF-излучателя высоковольтной цепи постоянного тока нет, но токи питания у мощных моделей большие: Diamond J-5 потребляет до 190 А при 48 В. Общая опасность для обоих типов одна, это невидимый инфракрасный луч и возгорание материала под ним.

Что выбрать под задачу

• Резка фанеры, МДФ, акрила, кожи, ткани. Стеклянной трубки на 80–150 Вт достаточно (так устроены и станки Wattsan: на настольной модели 6040 стоит трубка 80–95 Вт, в вариантах Reci W2 или Lasea F2), а сэкономленные деньги лучше вложить в чиллер с запасом по теплу и хорошую вытяжку.
• Гравировка фотографий, мелкий шрифт, большие объёмы растра. Здесь RF-излучатель окупается временем: станок с ним можно гонять быстрее без потери чёткости.
• Маркировка на конвейере, упаковка, этикетки, плёнки. Почти всегда RF, потому что нужны высокая частота модуляции, работа без остановок и иногда длина волны 10,2 или 9,3 мкм.
• Небольшой настольный гравер для офиса или учебного класса. RF с воздушным охлаждением на 30–60 Вт обходится без чиллера и воды, но стоит дороже.
• Мастерская без отопления. Стеклу нужна защита воды от замерзания, RF с воздушным охлаждением теряет мощность в жару и плохо стартует на холоде. Ни тот, ни другой источник не любят перепадов температуры.

Перед покупкой спросите у продавца, какой источник стоит в станке, от какого производителя, какая на него гарантия и в чём она считается: в месяцах, часах или годах сохранения мощности. Цену стоит сравнивать с учётом замены трубки за срок службы станка и стоимости чиллера.