1. υλικό έναντι μήκους κύματος λέιζερ
Από τη γέννηση του πρώτου λέιζερ το 1960, μετά από περισσότερα από 60 χρόνια ανάπτυξης, το λέιζερ, ως το πιο κοφτερό και ακριβές μαχαίρι, έχει σταδιακά χρησιμοποιηθεί στις ζωές μας.Το λέιζερ συνδυάζεται με τη βιολογία., ιατρική θεραπεία και διάγνωση, και φαρμακευτική επιστήμη, και έχει σταδιακά διεισδύσει στην καθημερινή ζωή σε πτυχές όπως η θεραπεία με λέιζερ, η χειρουργική επέμβαση με λέιζερ και η διάγνωση με λέιζερ.Στον τομέα της κατασκευής εξοπλισμού, οι υψηλής ισχύος εξοπλισμός λέιζερ διαδραματίζει ολοένα και πιο σημαντικό ρόλο στην κοπή, συγκόλληση, μέτρηση, σήμανση και άλλες πτυχές των πεδίων κατασκευής εξοπλισμού υψηλού επιπέδου όπως η αεροπορία, η αεροδιαστημική,αυτοκινήτωνΟι υπερυχυπολικές λέιζερ παίζουν αναντικατάστατο ρόλο στην τρύπα, την χαρακτική, τη γραμμωτική, την υφή, την τροποποίηση της επιφάνειας, την κοπή, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεργασία, την επεξεκαθαρισμός και άλλες πτυχές της φωτοβολταϊκήςΜε την ταχεία ανάπτυξη της τεχνολογίας αντλίας ημιαγωγών, τα λέιζερ κοντά στο υπέρυθρο με μήκος κύματος 1 μmμετά από χρόνια ανάπτυξης, έχουν σχηματίσει μια ολοκληρωμένη βιομηχανική αλυσίδα και κατέχουν κεντρική θέση στις βιομηχανικές εφαρμογές επεξεργασίας.Το λέιζερ ίνων κοντινού υπέρυθρου 1um έχει γίνει ένας ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος λέιζερ λόγω της ευρείας κάλυψης ισχύος τουΤο χαλκό είναι το τρίτο πιο χρησιμοποιούμενο μέταλλο στον κόσμο μετά τον σίδηρο και το αλουμίνιο.Το χαλκό είναι ένα από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα μεταλλικά υλικά στη σύγχρονη βιομηχανική επεξεργασίαΗ δομή ζήτησης των τερματικών σταθμών της αλυσίδας της βιομηχανίας χαλκού καλύπτει περισσότερους από 30 υποτομείς, όπως η αεροδιαστημική βιομηχανία, τα τρένα υψηλής ταχύτητας, τα έξυπνα προϊόντα τερματικών σταθμών, οι ηλεκτρονικές επικοινωνίεςκαι αυτοκινήτων, και αποτελεί το κύριο σημείο αναφοράς για βιομηχανικές εφαρμογές υψηλού επιπέδου. 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 copperΤο σχήμα 1 δείχνει τις καμπύλες απορρόφησης των συνήθως χρησιμοποιούμενων μεταλλικών υλικών για λέιζερ διαφόρων μήκων κύματος.Μπορεί να παρατηρηθεί ότι οι ρυθμοί απορρόφησης των λέιζερ από διαφορετικά μέταλλα ποικίλλουν σημαντικά σε διαφορετικά μήκη κύματοςΤο σχήμα 2 δείχνει τις καμπύλες σύγκρισης του ρυθμού απορρόφησης σε διαφορετικά μήκη κύματος μόνο για το μεταλλικό χαλκό.το ποσοστό απορρόφησης του χαλκού σε μήκη κύματος κοντά στο υπέρυθρο (περίπου 1 μm) είναι μικρότερο από 5%Το 95% του λέιζερ θα αντανακλάται και θα προκαλέσει επίσης βλάβη στο ίδιο το λέιζερ.Το ποσοστό απορρόφησης του χαλκού σε μήκη κύματος πράσινου φωτός (515nm και 532nm) είναι υψηλό και υπερβαίνει το 40%.Η επιλεκτικότητα του μήκους κύματος του λέιζερ του ίδιου του υλικού καθορίζει ότι το πιο ιδανικό μήκος κύματος για την ακριβή επεξεργασία υλικών υψηλής αντανάκλασης είναι ένα μικρό μήκος κύματος (≤ 700nm).
Σε σύγκριση με το σύντομο μήκος κύματος του υπεριώδους λέιζερ, ο σημερινός περιορισμός της επιστήμης των υλικών δεν μπορεί να υποστηρίξει την υλοποίηση σταθερής υψηλής ισχύος υπεριώδους εκπομπής λέιζερ.Τα υπεριώδη λέιζερ άνω των εκατό βατ είναι εξαιρετικά σπάνιαΑντίθετα, χάρη στις προσπάθειες των επιστημόνων από διάφορες χώρες, τα εμπορικά πράσινα λέιζερ έχουν σημειώσει μεγάλη πρόοδο τα τελευταία χρόνια.Η TRUMPF της Γερμανίας και η IPG των Ηνωμένων Πολιτειών έχουν επιτύχει υπερβολικά υψηλής ισχύος πράσινο φως απόδοση άνω των 3 κιλοβατ και 1 κιλοβατ, αντίστοιχα, μέσω της τεχνολογίας λέιζερ δίσκου και της τεχνολογίας λέιζερ ινών.Οι συνεχείς λέιζερ πράσινου φωτός υψηλής ισχύος διαδραματίζουν εξαιρετικά σημαντικό ρόλο σε δύο σημαντικά προβλήματα στις σημερινές βιομηχανικές εφαρμογές: 3D εκτύπωση και συγκόλληση ακριβείας υλικών χαλκού.
2Προοπτικές εφαρμογής και πλεονεκτήματα του πράσινου φωτός υψηλής ισχύος
Στην 14η Διεθνή Έκθεση Τεχνολογίας Μπαταριών της Κίνας το 2021, η TRUMPF της Γερμανίας έκανε το ντεμπούτο της με το συνεχές λέιζερ δίσκου πράσινου φωτός υψηλής ισχύος 3 κιλοβάτ.Η μέση ισχύς παραγωγής αυτού του προϊόντος φτάνει τα 3 κιλοβάτ, η οποία αντιπροσωπεύει την ισχυρότερη ισχύ στην τρέχουσα σειρά πράσινων λέιζερ και είναι πολύ κατάλληλη για συγκόλληση υλικών υψηλής αντανάκλασης όπως χαλκός και αλουμίνιο.Ειδικά στη βιομηχανία μπαταριών λιθίου που εκπροσωπείται από μπαταρίες ισχύος οχημάτων νέας ενέργειας, τα πράσινα λέιζερ της TRUMPF (1000~3000W) μπορούν να συγκολλήσουν έως και 120 στρώματα χαλκού χωρίς σχεδόν καμία ψεκασμό και με ακριβή και ελεγχόμενη διείσδυση.Το υψηλής ισχύος πράσινο φως έχει επίσης εξαιρετικά πλεονεκτήματα στις εφαρμογές 3D εκτύπωσης καθαρών υλικών χαλκούΣήμερα, εξακολουθεί να υπάρχει ένα κενό σε υψηλής ισχύος πράσινα λέιζερ στην Κίνα.
2.1 Ζύγιση μετάλλων υψηλής αντανάκλασης
Λόγω της εξαιρετικής ηλεκτρικής αγωγιμότητας των υλικών χαλκού, τα υλικά χαλκού χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία μπαταριών λιθίου, ιδίως στις μπαταρίες ισχύος των νέων οχημάτων ενέργειας.Το κύριο ρεύμα εξακολουθεί να χρησιμοποιεί υψηλής ισχύος υπέρυθρες λέιζερ ινφράχνης για συγκόλληση χαλκούΣε σύγκριση με την υπέρυθρη ζώνη, η συγκόλληση χαλκού που χρησιμοποιεί πράσινο φως είναι πιο αποτελεσματική και δεν έχει σχεδόν καμία ψεκασμό.απόδοση και διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
Το σχήμα 3 δείχνει την απορρόφηση του υπέρυθρου λέιζερ 1064nm από χαλκό.Η απορρόφηση του υπέρυθρου φωτός από το χαλκό αυξάνεται αργά από 5% σε περίπου 10%Ο ρυθμός απορρόφησης του υπέρυθρου φακέλου λέιζερ θα αυξηθεί σταδιακά από 10% σε περίπου 17%, και στη συνέχεια, καθώς η θερμοκρασία συνεχίζει να αυξάνεται,το ποσοστό απορρόφησης θα αυξηθεί αργάΑυτή η ξαφνική αλλαγή της απορροφητικότητας γύρω από το σημείο τήξης μπορεί να προκαλέσει την αποδέσμευση ενός μέρους του λιωμένου υλικού με τη μορφή ψεκασμού και μπορεί επίσης να προκαλέσει την κατάρρευση μικρών τρυπών.αναγκάζοντας όλη τη διαδικασία να πρέπει να ξεκινήσει ξανάΙδιαίτερα για την επεξεργασία συγκόλλησης των μπαταριών λιθίου, η απόδοση συγκόλλησης έχει άμεση επίδραση στο κόστος της μπαταρίας.
Το σχήμα 4 δείχνει τις καμπύλες απορρόφησης του χαλκού για διαφορετικά μήκη κύματος (υπερύθμιση, πράσινο και μπλε φως) σε διαφορετικές θερμοκρασίες.Οι πράσινες γραμμές στο σχήμα αντιπροσωπεύουν το ποσοστό απορρόφησης του πράσινου φωτός από τον χαλκό σε θερμοκρασία 20 °C (σκληρή κατάσταση) και 1600 °C (λιωμένη κατάσταση)Σε θερμοκρασία δωματίου 20°C, όταν ο χαλκός βρίσκεται σε στερεή κατάσταση, ο ρυθμός απορρόφησης του στην ζώνη του πράσινου φωτός είναι περίπου 40%.,Το ποσοστό απορρόφησης μειώνεται κατά περίπου 5%, δηλαδή η απορρόφηση του πράσινου φωτός μειώνεται ελαφρώς μετά το λιώσιμο του χαλκού.Αυτό το χαρακτηριστικό βοηθά να επιτευχθούν σταθερές τρύπες και σχεδόν μηδενικές ψεκασμοί κατά την επεξεργασία χαλκούΑυτό είναι το προφανές πλεονέκτημα της συγκόλλησης λέιζερ με πράσινο φως έναντι της συγκόλλησης λέιζερ με υπέρυθρα.
2.2 3D εκτύπωση καθαρών υλικών χαλκού
Το υλικό χαλκού χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία υψηλού επιπέδου λόγω της εξαιρετικής θερμικής αγωγιμότητας, της ηλεκτρικής αγωγιμότητας και άλλων εξαιρετικών ιδιοτήτων.τρένα υψηλής ταχύτητας, της αυτοκινητοβιομηχανίας και άλλων τομέων, υπάρχει άμεση ζήτηση εφαρμογής για την τεχνολογία 3D εκτύπωσης καθαρού χαλκού.
Η πηγή φωτός λέιζερ για την 3D εκτύπωση μεταλλικών υλικών χρησιμοποιεί επί του παρόντος κυρίως λέιζερ ινών μονής λειτουργίας 1um κοντά στο υπέρυθρο.Το 1um κοντινό υπέρυθρο μονοτρόπο λέιζερ ινών έχει το μειονέκτημα χαμηλού συντελεστή απορρόφησης λόγω του συντελεστή απορρόφησης του υλικού χαλκού, και μεγάλη επιρροή με τη θερμοκρασία, με αποτέλεσμα χαμηλή πυκνότητα των τυπωμένων δειγμάτων και κακή ανθεκτικότητα της διαδικασίας.ως η καλύτερη πηγή φωτός για 3D εκτύπωση υψηλής αντανάκλασης μεταλλικών υλικών, μπορεί να λύσει αποτελεσματικά συναφή προβλήματα και να επιτύχει πυκνότητα μεγαλύτερη του 99,95% για την 3D εκτύπωση καθαρών υλικών χαλκού.
3Μεγάλη ισχύς συνεχές μονοδιάστατο πράσινο φως από OUHK Laser
Η Shenzhen Gongda Laser Co., Ltd. ασχολείται κυρίως με την έρευνα και ανάπτυξη, την παραγωγή και τις πωλήσεις "προηγμένων λέιζερ ινών μικρού μήκους κύματος" και "λύσεων επεξεργασίας ακριβείας λέιζερ".Πρόκειται για μια εταιρεία που επικεντρώνεται στην έρευνα και την ανάπτυξη, παραγωγή λέιζερ μεσαίας και υψηλής ισχύος μικρού μήκους κύματος (πράσινο και υπεριώδες) από ίνες και Application Solutions Laser Inc.Τα σημερινά κύρια προϊόντα είναι 50-500W υψηλής ισχύος μονό-τρόπος πράσινα λέιζερ και 100-1000W MOPA μονό-τρόπος παλμικά λέιζερ ινώνΗ OUHK Laser έχει επικεντρωθεί στην έρευνα και την ανάπτυξη υψηλής ισχύος λέιζερ μικρού μήκους κύματος και έχει αναλάβει την πρωτοβουλία για την κυκλοφορία ενός 500W μονό τρόπου πράσινου λέιζερ:GCL-500 που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για υψηλής αντανάκλασης 3D εκτύπωση μετάλλων και συγκόλληση ακριβείαςΤο λέιζερ πράσινου φωτός GCL-500 υιοθετεί μια λύση διπλασιασμού συχνότητας βασικής συχνότητας και εξωσωματικής συχνότητας, επιτυγχάνοντας μια συνεχής έξοδο πράσινου φωτός μονής λειτουργίας έως και 500W,κάλυψη του εγχώριου κενού σε αυτό το είδος προϊόντος.
4Απευθύνεται στην προηγμένη εφαρμογή των λέιζερ μικρού μήκους κύματος και υψηλής ισχύος
Το συνεχές πράσινο λέιζερ GCL-500 έχει καλή σταθερότητα ισχύος εξόδου, εξαιρετική ποιότητα δέσμης και υψηλό ποσοστό απορρόφησης για υλικά υψηλής αντανάκλασης, ειδικά χαλκό,το οποίο το καθιστά ελπιδοφόρο για την 3D εκτύπωση καθαρών υλικών χαλκούΜε την περαιτέρω προσθήκη ενός χωρικού διαμορφωτή, μπορεί επίσης να ληφθεί παλμικό πράσινο φως με συχνότητα διαμόρφωσης υψηλής ταχύτητας,η οποία έχει επίσης ευρείες προοπτικές εφαρμογής στην ακριβή κοπή και συγκόλληση υλικών υψηλής αντανάκλασηςΤο GCL-500 συνεχές μονό-μόδιο πράσινο λέιζερ χρησιμοποιεί έξοδο ελεύθερου χώρου, το οποίο συμβάλλει στην εξασφάλιση εξαιρετικής ποιότητας δέσμης.που μπορούν να ταιριάζουν πιο εύκολα με τον αυτοματοποιημένο έλεγχο και να χρησιμοποιούνται σε διαδικασίες συγκόλλησης υλικών υψηλής αντανάκλασηςΜετά από μακροχρόνια έρευνα της διαδικασίας συγκόλλησης με λέιζερ, έχει αποδειχθεί ότι μπορούν να επιτευχθούν καλύτερα αποτελέσματα συγκόλλησης χρησιμοποιώντας σημεία εξόδου (διαμόρφωση δέσμης) με διαφορετικές κατανομές ενέργειας.Επιπλέον, βασισμένο στο GCL-500 μονομονάδικου μονοτρόπου πράσινου λέιζερ της OULD Laser, μπορεί επίσης να εκτελέσει συνδυασμό διαστήματος ή ινώδους δέσμης πολυμονάδων.μπορεί να επιτευχθεί έξοδος πράσινου φωτός με ευέλικτη κατανομή ενέργειας δέσμηςΑπό την άλλη πλευρά, μπορεί να επιτευχθεί συνεχής ισχύς πράσινου φωτός από οπτική ίνα αρκετών κιλοβατ ή ακόμη δεκάδων χιλιάδων βατ.Παρέχοντας βασικές δυνατότητες συγκόλλησης με λέιζερ υψηλής ποιότηταςΗ υψηλής απόδοσης και υψηλής απόδοσης συγκόλληση λέιζερ.Το συνεχές πράσινο λέιζερ υψηλής ισχύος μπορεί να προσφέρει μια αποτελεσματική λύση για την επεξεργασία και την εφαρμογή υλικών χαλκού, και αναμένεται να λάμψει στην καθαρή τρισδιάστατη εκτύπωση χαλκού και την υψηλής αντανάκλασης συγκόλληση μετάλλων.