1Materiał vs. długość fali lasera
Od czasu powstania pierwszego lasera w 1960 roku, po ponad 60 latach rozwoju, laser, jako najostrzejszy i najbardziej precyzyjny nóż, stopniowo jest stosowany w naszym życiu.Laser łączy się z biologią, leczenia i diagnostyki medycznej oraz nauki farmaceutycznej, a stopniowo weszła do codziennego życia w takich aspektach, jak leczenie laserowe, chirurgia laserowa i diagnostyka laserowa.W dziedzinie produkcji urządzeń, urządzenia laserowe o wysokiej mocy odgrywają coraz ważniejszą rolę w cięciu, spawaniu, pomiarze, oznakowaniu i innych aspektach produkcji sprzętu wysokiej klasy, takich jak lotnictwo, lotnictwo kosmiczne,samochodyZ punktu widzenia mikroobróbki, lasery ultraszybkoimpulsowe odgrywają niezastąpioną rolę w wierceniu, grawerowaniu, growieniu, teksturowaniu powierzchni, modyfikowaniu powierzchni, przycinaniu,oczyszczanie i inne aspekty fotowoltaikiZ gwałtownym rozwojem technologii pomp półprzewodnikowych, lasery o długości fali 1um w pobliżu podczerwieni,po latach rozwoju, tworzą kompletny łańcuch przemysłowy i zajmują kluczowe miejsce w zastosowaniach przetwórstwa przemysłowego.1um laser błonnikowy bliski podczerwieni stał się szeroko stosowanym typem lasera ze względu na jego szeroki zasięg mocyMiedź jest trzecim najczęściej stosowanym metalem na świecie po żelazu i aluminium.Materiał miedziany jest jednym z najczęściej stosowanych materiałów metalowych w nowoczesnym przetwarzaniu przemysłowymStruktura popytu na terminale w łańcuchu przemysłu miedzi obejmuje ponad 30 podsektorów, takich jak lotnictwo kosmiczne, pociągi dużych prędkości, inteligentne produkty terminale, łączność elektroniczna,i samochodów, jest głównym punktem odniesienia dla zaawansowanych zastosowań przemysłowych. The 1 micron band infrared fiber laser currently used on a large scale has shortcomings such as large spatter and uncontrollable penetration depth in the processing of copper materials due to its weak absorption of copperNa rysunku 1 przedstawiono krzywe absorpcji powszechnie stosowanych materiałów metalowych dla laserów o różnych długościach fali.Można zauważyć, że szybkość absorpcji lasera przez różne metale różni się znacznie w różnych długościach faliNa rysunku 2 przedstawiono krzywe porównawcze współczynnika absorpcji przy różnych długościach fali dla samej miedzi metalowej.stopa wchłaniania przez miedź długości fal bliskiej podczerwieni (około 1 mikrona) jest mniejsza niż 5%, więc wykorzystanie światła podczerwonego do obróbki materiałów miedzianych jest niezwykle nieefektywne. 95% lasera zostanie odbudowane i spowoduje również uszkodzenie samego lasera;Szybkość wchłaniania miedzi w falach światła zielonego (515 nm i 532 nm) wynosi ponad 40%.Selektywność długości fali lasera samego materiału determinuje, że najodpowiedniejszą długością fali do precyzyjnego obróbki materiałów o wysokiej odblaskowości jest krótka długość fali (≤ 700 nm).
W porównaniu z krótką długością fali lasera ultrafioletowego, obecne ograniczenie wąskiego gardła nauki o materiałach nie może wspierać realizacji stabilnej wysokiej mocy wyjścia lasera ultrafioletowego.Ultrafioletowe lasery o mocy powyżej stu watów są niezwykle rzadkiePrzeciwnie, dzięki wysiłkom naukowców z różnych krajów, komercyjne zielone lasery osiągnęły w ostatnich latach ogromne postępy.Niemiecki TRUMPF i amerykański IPG osiągnęły ultra-wysoką moc zielonego światła o mocy ponad 3 kW i 1 kW, odpowiednio za pośrednictwem technologii laserowej na dysku i technologii laserowej na włókna.Wysokiej mocy ciągłe lasery ze zielonym światłem odgrywają niezwykle ważną rolę w dwóch ważnych problemach w obecnych zastosowaniach przemysłowych: Drukowanie 3D i precyzyjne spawanie miedzianych materiałów.
2Perspektywy zastosowań i zalety wysokiej mocy zielonego światła
Podczas 14. chińskiej międzynarodowej wystawy technologii baterii w 2021 r. niemiecki TRUMPF zadebiutował swoim 3-kilowatowym ciągłym laserem z dyskiem zielonego światła o dużej mocy.Średnia moc wyjściowa tego produktu wynosi aż 3 kilowaty, który stanowi największą moc w obecnej serii zielonych laserów i jest bardzo odpowiedni do spawania materiałów o wysokiej odblaskowości, takich jak miedź i aluminium.Szczególnie w przemyśle akumulatorów litowych reprezentowanym przez akumulatory napędowe pojazdów nowej energii, zielone lasery TRUMPF (1000 ‰ 3000 W) mogą spawać do 120 warstw folii miedzianego bez prawie żadnych rozpraszania i dokładnej i kontrolowanej penetracji.wysokiej mocy zielone światło ma również wyjątkowe zalety w aplikacjach druku 3D czystego miedzi materiałówObecnie w Chinach nadal istnieje luka w wysokiej mocy zielonych laserach.
2.1 Spawanie metali o wysokim odbiciu
Ze względu na wyjątkową przewodność elektryczną materiałów miedzianych materiały miedziane są szeroko stosowane w przemyśle baterii litowych, zwłaszcza w bateriach napędowych pojazdów nowej energii.Główny nurt wciąż używa wysokowydajnych laserów światłowodowych do spawania miedziW porównaniu z pasmem podczerwonym spawanie miedziane za pomocą zielonego światła jest bardziej wydajne i prawie nie ma rozpraszania.wydajność i żywotność akumulatora.
Na rysunku 3 pokazano wchłanianie 1064nm lasera podczerwonego przez miedź.wchłanianie światła podczerwonego przez miedź stopniowo rośnie z 5% do około 10%Po osiągnięciu przez miedź punktu topnienia (1400 K) szybkość absorpcji lasera w zakresie podczerwonym będzie stopniowo wzrastać z 10% do około 17%, a następnie w miarę dalszego wzrostu temperaturyszybkość wchłaniania powoli wzrośnieTa nagła zmiana absorpcyjności wokół punktu topnienia może spowodować wyładowanie części stopionego materiału w postaci roztrzasków, a także może spowodować załamanie się małych otworów.zmuszając cały proces do ponownego uruchomieniaSzczególnie w procesie spawania baterii litowych, wydajność spawania ma bezpośredni wpływ na koszt baterii.
Na rysunku 4 przedstawiono krzywe absorpcji miedzi dla różnych długości fal (światła podczerwonego, zielonego i niebieskiego) przy różnych temperaturach.Zielone linie na rysunku przedstawiają szybkość absorpcji zielonego światła przez miedź w temperaturze 20 °C (stan stały) i 1600 °C (stan stopiony)Przy temperaturze pokojowej 20°C, gdy miedź jest w stanie stałym, jej szybkość wchłaniania w pasmie zielonego światła wynosi około 40%.,wchłanianie zmniejsza się o około 5%, tzn. po stopieniu miedzi wchłanianie zielonego światła nieznacznie zmniejsza się.Ta funkcja pomaga osiągnąć stabilne otwory i praktycznie zerowe rozpraszanie podczas obróbki miedziJest to oczywista zaleta spawania laserowego z zielonym światłem w stosunku do spawania laserowego z podczerwienią.
2.2 Drukowanie 3D czystego miedzi
Materiał miedziany jest szeroko stosowany w produkcji wysokiej klasy ze względu na doskonałą przewodność cieplną, przewodność elektryczną i inne doskonałe właściwości.pociągi szybkie, przemysł motoryzacyjny i inne dziedziny, istnieje bezpośrednie zapotrzebowanie na technologię druku 3D z czystego miedzi.
Źródło światła laserowego do druku 3D materiałów metalowych wykorzystuje obecnie głównie laser światłowodowy jednomodowy w bliskiej podczerwieni.1um laser światłowodowy w bliskiej podczerwieni o jednym trybie ma wadę niskiego współczynnika absorpcji ze względu na współczynnik absorpcji materiału miedzianego, oraz duży wpływ temperatury, co powoduje niską gęstość drukowanych próbek i niską wytrzymałość procesu.jako najlepsze źródło światła do druku 3D wysoko odblaskowych materiałów metalowych, może skutecznie rozwiązywać powiązane problemy i osiągnąć gęstość większą niż 99,95% dla druku 3D czystego miedzi.
3Wysokiej mocy ciągłe jednowarunkowe zielone światło od OUHK Laser
Shenzhen Gongda Laser Co., Ltd. zajmuje się głównie badaniami i rozwojem, produkcją i sprzedażą " zaawansowanych laserów włóknistych o krótkiej długości fali "i" rozwiązań do precyzyjnego przetwarzania lasera ".Jest to firma koncentrująca się na badaniach i rozwoju, produkcja laserów światłowodowych średniej i wysokiej mocy o krótkiej długości fali (zielone i ultrafioletowe) oraz Application Solutions Laser Inc.Obecnie głównymi produktami są 50-500W wysokiej mocy jednorzędowe zielone lasery i 100-1000W MOPA jednorzędowe pulsowane lasery włókniste. OUHK Laser koncentruje się na badaniach i rozwoju wysokowydajnych laserów włóknistych o krótkiej długości fali i przejął przewodnią rolę w uruchomieniu 500W jednomodowego zielonego lasera:GCL-500, który może być stosowany do druku 3D metali o wysokim odbiciu i precyzyjnego spawaniaGCL-500 wykorzystuje rozwiązanie podwojenia częstotliwości podstawowej włókna oraz częstotliwości wydobycia, osiągając jednowarunkowy ciągły wydajność zielonego światła do ponad 500 W,wypełnianie luki krajowej w tym typie produktu.
4Zobowiązany do zaawansowanego zastosowania laserów o krótkiej długości fali i wysokiej mocy
Ciągły jednorzędowy zielony laser GCL-500 ma dobrą stabilność mocy wyjściowej, doskonałą jakość wiązki i wysoki współczynnik absorpcji materiałów o wysokiej odblaskowości, zwłaszcza miedzi,co czyni go obiecującym dla druku 3D czystego miedziDodanie modulatora przestrzennego pozwala również uzyskać pulsowane zielone światło o wysokiej częstotliwości modulacji,co sprawia, że ma również szerokie perspektywy zastosowania w precyzyjnym cięciu i spawaniu materiałów o wysokiej odblaskowości. GCL-500 ciągły jednorzędowy zielony laser wykorzystuje wyjście w wolnej przestrzeni, co pomaga zapewnić doskonałą jakość wiązki.które mogą łatwiej odpowiadać automatycznej kontroli i są stosowane w procesach spawania materiałów o wysokim odblaskuPo długotrwałym badaniu procesu spawania laserowego wykazano, że lepsze wyniki spawania można osiągnąć za pomocą punktów wyjściowych (formujących wiązkę) o różnych rozkładach energii.W dodatku, oparty na jedno-modułowym jednomodowym zielonym laserze GCL-500 firmy OULD Laser, może również wykonywać wielo-modułowe połączenie przestrzeni lub wiązki światłowodowej.można uzyskać wyjście zielonego światła z elastycznym rozkładem energii wiązki; z drugiej strony można uzyskać ciągłe światło zielone światło światło światłowodowe kilku kilowatów lub nawet dziesiątki tysięcy watów,zapewnienie podstawowych zaawansowanych możliwości spawania laserowego dla wysokiej jakości, wysokiej wydajności i wysokiej wydajności spawania laserowego.Ciągłe wysokiej mocy zielony laser może zapewnić skuteczne rozwiązanie dla przetwarzania i zastosowania materiałów miedzianych, a oczekuje się, że będzie błyszczeć w czystej druku 3D miedzi i wysokiej odblaskowości spawania metalowego precyzyjnego.