1Material versus comprimento de onda do laser
Desde o nascimento do primeiro laser em 1960, depois de mais de 60 anos de desenvolvimento, o laser, como a faca mais afiada e precisa, tem sido gradualmente usado em nossas vidas.Laser é combinado com biologiaO tratamento e o diagnóstico médicos, e a ciência farmacêutica, e penetrou gradualmente na vida diária em aspectos como o tratamento a laser, cirurgia a laser e diagnóstico a laser.No domínio da fabricação de equipamentos, equipamentos a laser de alta potência desempenha um papel cada vez mais importante no corte, solda, medição, marcação e outros aspectos dos campos de fabricação de equipamentos de ponta, tais como aviação, aeroespacial,automóveisNo que se refere à micromecânica fina, os lasers de pulso ultracurtos desempenham um papel insubstituível na perfuração, gravura, escoamento, texturagem de superfícies, modificação de superfícies, recorte,Limpeza e outros aspectos da energia fotovoltaicaCom o rápido desenvolvimento da tecnologia das bombas de semicondutores, os lasers de comprimento de onda de 1 um de infravermelho próximo, que são mais frequentemente utilizados para a produção de energia solar, estão a desenvolver-se de forma mais rápida.Após anos de desenvolvimento, formam uma cadeia industrial completa e ocupam uma posição central nas aplicações de transformação industrial.O laser de fibra de infravermelho próximo 1um tornou-se um tipo de laser amplamente utilizado devido à sua ampla cobertura de potênciaO cobre é o terceiro metal mais utilizado no mundo depois do ferro e do alumínio.O material de cobre é um dos materiais metálicos mais utilizados no processamento industrial modernoA estrutura da procura de terminais da cadeia da indústria do cobre abrange mais de 30 subsectores, tais como aeroespacial, comboios de alta velocidade, produtos terminais inteligentes, comunicações eletrónicas,e automóveis, e é o principal ponto de referência para aplicações industriais de ponta. 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 copperA figura 1 mostra as curvas de absorção dos materiais metálicos comumente utilizados para lasers de diferentes comprimentos de onda.Pode-se ver que as taxas de absorção de lasers por diferentes metais variam muito em diferentes comprimentos de ondaA figura 2 mostra as curvas de comparação da taxa de absorção em diferentes comprimentos de onda para o cobre metálico sozinho.A taxa de absorção do cobre de comprimentos de onda do infravermelho próximo (cerca de 1 micrão) é inferior a 5%, portanto, usar luz infravermelha para processar materiais de cobre é extremamente ineficiente. 95% do laser será refletido e também causará danos ao próprio laser;A taxa de absorção do cobre em comprimentos de onda de luz verde (515 nm e 532 nm) é tão elevada quanto mais de 40%A seletividade do comprimento de onda laser do próprio material determina que o comprimento de onda mais ideal para o processamento de precisão de materiais altamente reflectantes é um comprimento de onda curto (≤ 700 nm).
Em comparação com o comprimento de onda curto do laser ultravioleta, a limitação actual do gargalo da ciência dos materiais não pode apoiar a realização de uma saída de laser ultravioleta de alta potência estável.Os lasers ultravioleta de mais de cem watts são extremamente rarosPelo contrário, graças aos esforços de cientistas de vários países, os lasers verdes comerciais fizeram grandes progressos nos últimos anos.A TRUMPF alemã e a IPG dos Estados Unidos obtiveram uma potência ultra-alta de luz verde superior a 3 kW e 1 kW., respectivamente, através da tecnologia laser a disco e da tecnologia laser a fibra.Os lasers de luz verde contínua de alta potência desempenham um papel extremamente importante em dois problemas importantes nas aplicações industriais actuais: Impressão 3D e solda de precisão de materiais de cobre.
2Perspectivas de aplicação e vantagens da luz verde de alta potência
Na 14a Exposição Internacional de Tecnologia de Bateria da China em 2021, a TRUMPF, da Alemanha, estreou seu laser de disco de luz verde contínua de alta potência de 3 quilowatts.A potência de saída média deste produto é tão alta quanto 3 kW, que representa a potência mais forte da série de lasers verdes atuais e é muito adequado para a solda de materiais altamente refletores, como cobre e alumínio.Especialmente na indústria das baterias de lítio representada pelas baterias de potência de veículos de nova energia, os lasers verdes TRUMPF (1000 ‰ 3000 W) podem soldar até 120 camadas de folha de cobre quase sem salpicamento e com penetração precisa e controlada.A luz verde de alta potência também tem vantagens notáveis em aplicações de impressão 3D de materiais de cobre puroNo momento, ainda há uma lacuna nos lasers verdes de alta potência na China.
2.1 Soldadura de metais de alta reflexão
Devido à excelente condutividade elétrica dos materiais de cobre, os materiais de cobre são amplamente utilizados na indústria de baterias de lítio, especialmente nas baterias de energia de veículos de nova energia.A corrente dominante ainda usa lasers de fibra infravermelha de alta potência para soldagem de cobreEm comparação com a banda infravermelha, a soldagem de cobre com luz verde é mais eficiente e quase não tem salpicadas.desempenho e duração da bateria.
A Figura 3 mostra a absorção do laser infravermelho de 1064 nm pelo cobre.absorção de cobre de luz infravermelha aumenta lentamente de 5% para cerca de 10%Quando o cobre atinge o ponto de fusão (1400 K), o cobre A taxa de absorção do laser de banda infravermelha aumentará gradualmente de 10% para cerca de 17%.a taxa de absorção aumentará lentamenteEsta mudança súbita da absorção em torno do ponto de fusão pode provocar a descarga de parte do material fundido sob a forma de salpicos e também pode provocar o colapso de pequenos furos.Forçando todo o processo a ter que ser reiniciadoEspecialmente no processo de soldadura de baterias de lítio, o rendimento de soldadura tem um impacto direto no custo da bateria.
A Figura 4 mostra as curvas de absorção do cobre para diferentes comprimentos de onda (luz infravermelha, verde e azul) a diferentes temperaturas.As linhas verdes da figura representam a taxa de absorção da luz verde pelo cobre a 20°C (estado sólido) e 1600°C (estado fundido)A temperatura ambiente de 20°C, quando o cobre está em estado sólido, a sua taxa de absorção na faixa de luz verde é de cerca de 40%.,A taxa de absorção diminui cerca de 5%, ou seja, a absorção da luz verde diminui ligeiramente após o derretimento do cobre.Esta característica ajuda a obter furos estáveis e praticamente zero salpicos ao mecanizado de cobreEsta é a vantagem óbvia da soldagem a laser com luz verde em relação à soldagem a laser com infravermelho.
2Impressão 3D de materiais de cobre puro
O material de cobre é amplamente utilizado na fabricação de alta qualidade devido à sua excelente condutividade térmica, condutividade elétrica e outras excelentes propriedades.Trens de alta velocidade, indústria automóvel e outros campos, há uma demanda de aplicação direta para a tecnologia de impressão 3D de material de cobre puro.
A fonte de luz laser para impressão 3D de materiais metálicos atualmente usa principalmente laser de fibra de modo único de infravermelho próximo de 1 um.O laser de fibra de modo único de infravermelho próximo de 1 um tem a desvantagem de baixo coeficiente de absorção devido ao coeficiente de absorção do material de cobre, e uma grande influência com a temperatura, resultando em baixa densidade de amostras impressas e fraca robustez do processo.como a melhor fonte de luz para impressão 3D de materiais metálicos altamente refletores, pode efetivamente resolver problemas relacionados e alcançar uma densidade superior a 99,95% para impressão 3D de materiais de cobre puro.
3Luz verde contínua de modo único de alta potência do laser OUHK
A Shenzhen Gongda Laser Co., Ltd. está principalmente envolvida na pesquisa e desenvolvimento, produção e vendas de "lasers de fibra avançados de comprimento de onda curto" e "soluções de processamento de precisão de laser".É uma empresa que se concentra na investigação e desenvolvimento, produção de lasers de fibra de ondas curtas de média e alta potência (verde e ultravioleta) e Application Solutions Laser Inc.Os principais produtos atuais são lasers verdes de modo único de alta potência de 50-500W e lasers de fibra pulsada de modo único de 100-1000W MOPAA OUHK Laser tem vindo a concentrar-se na investigação e desenvolvimento de lasers de fibra de curta onda de alta potência e tem assumido a liderança no lançamento de um laser verde de modo único de 500W:GCL-500 que pode ser usado para impressão 3D de metais altamente refletores e solda de precisãoO laser de luz verde GCL-500 adota uma solução de duplicação de freqüência de fibra fundamental e freqüência extracavidade, alcançando uma saída de luz verde contínua de modo único de até mais de 500 W,Preencher a lacuna interna neste tipo de produto.
4Empenhado na aplicação avançada de lasers de curto comprimento de onda e de alta potência
O laser verde contínuo de modo único GCL-500 possui boa estabilidade de potência de saída, excelente qualidade do feixe e alta taxa de absorção de materiais altamente refletores, especialmente cobre,tornando-se promissor para a impressão 3D de materiais de cobre puro. Adicionando ainda um modulador espacial, também pode ser obtida luz verde pulsada com frequência de modulação de alta velocidade,que o torna também com amplas perspectivas de aplicação no corte e solda de precisão de materiais altamente reflectantes. O laser verde contínuo de modo único GCL-500 utiliza saída de espaço livre, o que ajuda a garantir uma excelente qualidade do feixe.que podem ser mais facilmente combinados com o controlo automatizado e utilizados em processos de soldagem de materiais altamente refletoresApós uma exploração de longo prazo do processo de soldagem a laser, demonstrou-se que melhores resultados de soldagem podem ser alcançados utilizando pontos de saída (formação de feixe) com diferentes distribuições de energia.Além disso,, baseado no laser verde monomódulo monomodo GCL-500 da OULD Laser, também pode realizar combinação de espaço ou feixe de fibra multimodular.pode ser obtida uma saída de luz verde com distribuição flexível da energia do feixePor outro lado, pode ser obtida uma potência de luz verde de fibra óptica contínua de vários quilowatts ou até dezenas de milhares de watts.fornecendo capacidades de soldagem a laser de ponta para alta qualidade, de alta eficiência e de alta produção de soldagem a laser.Laser verde contínuo de alta potência pode fornecer uma solução eficaz para o processamento e aplicação de materiais de cobre, e espera-se que brilhe na impressão 3D de cobre puro e na soldagem de precisão de metais de alto reflexo.