1Material frente a la longitud de onda del láser
Desde el nacimiento del primer láser en 1960, después de más de 60 años de desarrollo, el láser, como el cuchillo más afilado y preciso, se ha utilizado gradualmente en nuestras vidas.El láser se combina con la biologíaEl tratamiento con láser, la cirugía con láser y el diagnóstico con láser han sido introducidos gradualmente en la vida cotidiana.En el ámbito de la fabricación de equipos, los equipos láser de alta potencia juegan un papel cada vez más importante en el corte, soldadura, medición, marcado y otros aspectos de los campos de fabricación de equipos de alta gama como la aviación, la aeroespacial,automóvilesEn términos de micromecanización fina, los láseres de pulso ultrarrápido desempeñan un papel irremplazable en la perforación, el grabado, la ranura, la textura de la superficie, la modificación de la superficie, el recorte, el recorte, el recorte y el recorte de la superficie.limpieza y otros aspectos de la energía fotovoltaicaEl desarrollo de la tecnología de las bombas de semiconductores, los láseres del infrarrojo cercano de 1 um de longitud de onda, la tecnología de las bombas de semiconductores, la tecnología de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas de las bombas.después de años de desarrollo, han formado una cadena industrial completa y ocupan una posición central en las aplicaciones de transformación industrial.El láser de fibra de infrarrojo cercano de 1um se ha convertido en un tipo de láser ampliamente utilizado debido a su amplia cobertura de potenciaEl cobre es el tercer metal más utilizado en el mundo después del hierro y el aluminio.El material de cobre es uno de los materiales metálicos más utilizados en el procesamiento industrial modernoLa estructura de la demanda de terminales de la cadena de la industria del cobre abarca más de 30 subsectores, tales como la industria aeroespacial, los trenes de alta velocidad, los productos terminales inteligentes, las comunicaciones electrónicas, el transporte de mercancías y el transporte de mercancías.y automóviles, y es el principal punto de referencia para aplicaciones industriales de gama alta. 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 copperLa figura 1 muestra las curvas de absorción de los materiales metálicos comúnmente utilizados para láseres de diferentes longitudes de onda.Se puede ver que las tasas de absorción de los láseres por diferentes metales varían mucho a diferentes longitudes de ondaLa figura 2 muestra las curvas de comparación de la tasa de absorción a diferentes longitudes de onda sólo para el cobre metálico.la tasa de absorción del cobre de las longitudes de onda del infrarrojo cercano (aproximadamente 1 micrón) es inferior al 5%, por lo que el uso de luz infrarroja para procesar materiales de cobre es extremadamente ineficiente. El 95% del láser se reflejará y también causará daños al láser en sí;La tasa de absorción del cobre en longitudes de onda de luz verde (515 nm y 532 nm) es tan alta como más del 40%La selectividad de la longitud de onda láser del material en sí determina que la longitud de onda más ideal para el procesamiento de precisión de materiales altamente reflectantes es una longitud de onda corta (≤ 700 nm).
En comparación con la longitud de onda corta del láser ultravioleta, la limitación actual del cuello de botella de la ciencia de los materiales no puede apoyar la realización de una salida de láser ultravioleta de alta potencia estable.Los láseres ultravioleta de más de cien vatios son extremadamente rarosPor el contrario, gracias a los esfuerzos de científicos de varios países, los láseres verdes comerciales han progresado mucho en los últimos años.TRUMPF, de Alemania, y IPG, de Estados Unidos, han obtenido una potencia de luz verde ultra alta de más de 3 kilovatios y 1 kilovatios respectivamente., respectivamente, a través de la tecnología láser de disco y la tecnología láser de fibra.Los láseres de luz verde continua de alta potencia desempeñan un papel extremadamente importante en dos problemas importantes en las aplicaciones industriales actuales: Impresión 3D y soldadura de precisión de materiales de cobre.
2Perspectivas de aplicación y ventajas de la luz verde de alta potencia
En la 14a Exposición Internacional de Tecnología de Baterías de China en 2021, TRUMPF de Alemania debutó con su láser de disco de luz verde continuo de alta potencia de 3 kilovatios.La potencia media de salida de este producto es de hasta 3 kilovatios, que representa la potencia más fuerte de la serie de láser verde actual y es muy adecuado para la soldadura de materiales altamente reflectantes como el cobre y el aluminio.Especialmente en la industria de las baterías de litio representada por las baterías de potencia de vehículos de nueva energía, los láseres verdes TRUMPF (1000 ‰ 3000 W) pueden soldar hasta 120 capas de lámina de cobre casi sin salpicaduras y con una penetración precisa y controlable.La luz verde de alta potencia también tiene ventajas sobresalientes en las aplicaciones de impresión 3D de materiales de cobre puroEn la actualidad, todavía existe una brecha en los láseres verdes de alta potencia en China.
2.1 Soldadura de metales de alta reflexión
Debido a la excelente conductividad eléctrica de los materiales de cobre, los materiales de cobre se utilizan ampliamente en la industria de las baterías de litio, especialmente en las baterías de potencia de vehículos de nueva energía.la corriente principal todavía utiliza láseres de fibra infrarroja de alta potencia para soldadura de cobreEn comparación con la banda infrarroja, la soldadura de cobre con luz verde es más eficiente y casi no tiene salpicaduras.rendimiento y duración de la batería.
La figura 3 muestra la absorción del láser infrarrojo de 1064nm por el cobre.La absorción de luz infrarroja por el cobre aumenta lentamente del 5% al 10% aproximadamenteLa velocidad de absorción del láser de banda infrarroja aumentará gradualmente del 10% a aproximadamente el 17%, y luego, a medida que la temperatura continúa aumentando, el cobre se absorberá.la tasa de absorción aumentará lentamenteEste cambio repentino en la absorción alrededor del punto de fusión puede causar que parte del material fundido se descargue en forma de salpicaduras, y también puede causar el colapso de pequeños agujeros.obligando a reiniciar todo el procesoEspecialmente para el proceso de soldadura de baterías de litio, el rendimiento de soldadura tiene un impacto directo en el coste de la batería.
La figura 4 muestra las curvas de absorción del cobre para diferentes longitudes de onda (luz infrarroja, verde y azul) a diferentes temperaturas.Las líneas verdes en la figura representan la tasa de absorción de luz verde por el cobre a 20 °C (estado sólido) y 1600 °C (estado fundido)A temperatura ambiente de 20°C, cuando el cobre está en estado sólido, su tasa de absorción en la banda de luz verde es de aproximadamente 40%.,la tasa de absorción disminuye en aproximadamente un 5%, es decir, la absorción de luz verde disminuye ligeramente después de que el cobre se derrite.Esta característica ayuda a lograr agujeros estables y prácticamente cero salpicaduras al mecanizar cobreEsta es la ventaja obvia de la soldadura con láser de luz verde sobre la soldadura con láser infrarrojo.
2.2 Impresión 3D de materiales de cobre puro
El material de cobre se utiliza ampliamente en la fabricación de alta gama debido a su excelente conductividad térmica, conductividad eléctrica y otras excelentes propiedades.trenes de alta velocidad, la industria automotriz y otros campos, existe una demanda de aplicación directa para la tecnología de impresión 3D de material de cobre puro.
La fuente de luz láser para la impresión 3D de materiales metálicos utiliza actualmente principalmente láser de fibra de un solo modo de 1um de infrarrojo cercano.El láser de fibra de un solo modo de 1 um de infrarrojo cercano tiene la desventaja de un bajo coeficiente de absorción debido al coeficiente de absorción del material de cobre, y una gran influencia con la temperatura, lo que resulta en una baja densidad de muestras impresas y una baja robustez del proceso.como la mejor fuente de luz para la impresión 3D de materiales metálicos altamente reflectantes, puede resolver eficazmente los problemas relacionados y lograr una densidad superior al 99,95% para la impresión 3D de materiales de cobre puro.
3Luz verde continua de un solo modo de alta potencia de OUHK Laser
Shenzhen Gongda Laser Co., Ltd. se dedica principalmente a la investigación y desarrollo, producción y ventas de "lasers de fibra avanzados de longitud de onda corta" y "soluciones de procesamiento de precisión láser".Es una empresa que se centra en la investigación y el desarrollo, producción de láseres de fibra de onda corta (verde y ultravioleta) de mediana y alta potencia y Application Solutions Laser Inc.Los productos principales actuales son los láseres verdes de un solo modo de alta potencia de 50-500W y los láseres de fibra pulsada de un solo modo de 100-1000W MOPAOUHK Laser se ha centrado en la investigación y desarrollo de láseres de fibra de alta potencia de longitud de onda corta, y ha tomado la iniciativa de lanzar un láser verde de un solo modo de 500W:GCL-500 que se puede utilizar para la impresión 3D de metales altamente reflectantes y soldadura de precisiónEl láser de luz verde GCL-500 adopta una solución de duplicación de frecuencia de fibra fundamental más extracavidad, logrando una salida continua de luz verde de un solo modo de hasta más de 500W.Relleno de la brecha interna en este tipo de producto.
4Compromiso con la aplicación avanzada de láseres de onda corta y alta potencia
El láser verde continuo de un solo modo GCL-500 tiene una buena estabilidad de potencia de salida, una excelente calidad de haz y una alta tasa de absorción de materiales altamente reflectantes, especialmente cobre,lo que lo hace prometedor para la impresión 3D de materiales de cobre puroAl añadir un modulador espacial, también se puede obtener luz verde pulsada con frecuencia de modulación de alta velocidad.lo que hace que también tenga amplias perspectivas de aplicación en el corte de precisión y soldadura de materiales altamente reflectantes. El láser verde continuo de un solo modo GCL-500 utiliza una salida de espacio libre, lo que ayuda a garantizar una excelente calidad del haz.que pueden combinarse más fácilmente con el control automatizado y utilizarse en procesos de soldadura de materiales de alto reflejoDespués de una exploración a largo plazo del proceso de soldadura por láser, se ha demostrado que se pueden lograr mejores resultados de soldadura mediante el uso de puntos de salida (formación de haces) con diferentes distribuciones de energía.Además, basado en el láser verde monomódulo monomodo GCL-500 de OULD Laser, también puede realizar combinación de espacio o haz de fibra multimodular.se puede obtener una salida de luz verde con una distribución flexible de la energía del hazPor otra parte, se puede obtener una potencia de luz verde continua de fibra óptica de varios kilovatios o incluso decenas de miles de vatios.proporcionando capacidades de soldadura láser de gama alta para la soldadura de alta calidad, alta eficiencia y soldadura láser de alto rendimiento. Fuente de luz de longitud de onda corta.El láser verde continuo de alta potencia puede proporcionar una solución eficaz para el procesamiento y aplicación de materiales de cobre, y se espera que brille en la impresión 3D de cobre puro y la soldadura de precisión de metales de alto reflejo.