文部科学省が学生の質の高い教育を重視しているため、ますます多くの学校や家庭が子供たちの実践能力に注目し始めています。3Dプリンター（3Dレーザー彫刻機とも呼ばれます）は、学校や家庭教育の現場で広く利用されるようになりました。

3Dプリンターの速度と寿命は、その主要部品であるレーザー管と密接に関係しています。現在、家庭用には40W程度のCO2レーザー管が一般的に使用されており、速度も比較的速いです。

今日は、CO2レーザー管の製品構造と冷却方法をご紹介します。高品質で耐久性のある3Dプリンターを選ぶ際にお役立てください。

CO2レーザー管は、CO2、窒素、水素などのガスで構成されています。レーザー波長は10.6μmで、20kW以上の出力を発生し、連続稼働が可能です。レーザーマーキング機やレーザー切断機によく使用されています。 CO2 レーザー管は幅広い用途に使用されています。

CO2レーザー管の基本構造は上図に示されています。主に硬質ガラス、共振空洞、電極で構成されています。

硬質ガラス部分は、放電管、冷却管、ガス貯蔵管、ガス戻り管で構成されています。

放電管はCO2レーザーの主要部品であり、レーザー出力特性を基本的に決定します。

冷却管の機能は、作動ガスを冷却し、安定した出力を維持し、放電ポンプ過程における熱による放電管の破裂を防ぐことです。

ガス貯蔵管の機能は、増幅媒体のガス貯蔵容量を増加させ、放電管の機械的強度と安定性を高めることです。

空気戻り管は、電気泳動現象によって引き起こされる電極間の電圧の不均衡な分布を改善します。

CO2レーザー管冷却の問題点

同じ出力のレーザー管には、触媒型と密閉型の2種類があります。触媒型CO2ガラスレーザー管（強化型）は、従来の密閉型レーザー管の改良型です。放電管にナノ高効率触媒膜をコーティングすることで、耐用年数と出力が大幅に向上し、さらに調整可能な内部空洞構造によりレーザー管の光品質が大幅に向上し、アプリケーションにおける切断効率と彫刻精度が大幅に向上します。

触媒型であれ密閉型であれ、CO2レーザー管は動作中に大量の熱を発生し、放電管の温度が過度に高くなります。しかし、放電管自体の放熱能力には限界があり、温度は上昇し続けます。そのため、レーザー管内部の温度を下げるための冷却システムが必要です。

現在、CO2レーザー管の冷却には、主に空冷と水冷の2つの方法があります。

空冷は低出力レーザーによく使用されますが、水冷はCO2レーザーが達成できる全出力範囲をカバーします。水冷の効果は一般的に空冷の3～5倍であり、冷却効果の低さに起因する機器の焼き付きを効果的に回避できます。

一般的に、家庭用3Dプリンターは冷却水ポンプを装置に直接組み込むことができますが、大型で業務用の高出力プリンターでは、冷却のためにチラーを追加することを検討する場合があります。

レーザーチラーは、CO2レーザー管の冷却において頼りになる存在です。水冷システムを内蔵しており、冷却液は水ポンプの作動によって循環し、レーザー管の高温を奪って蒸発器に戻します。水温を下げた後、レーザー管に戻ることで、CO2レーザー管装置の温度を常に適切な範囲に保ち、レーザー装置の長期稼働を保証します。レーザーチラーは水温調整機能を備えており、水温設定範囲は5～35℃で、様々なCO2レーザー装置の個別の温度設定要件に対応できます。

現在市販されている一般的なCO2レーザー管の冷却システムは構造が不安定なため、冷却水の流量が過度に変動すると発電管が破損する可能性があります。

したがって、家庭用または業務用の 3D プリンターであっても、市場では高品質のレーザー チューブ冷却水ポンプが緊急に必要とされています。

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