Углубленная интерпретация: одномодовый непрерывный зеленый лазер мощностью 500 Вт

 

1. Материал против длины волны лазера

 

С момента рождения первого лазера в 1960 году, после более чем 60-летнего развития, лазер, как самый острый и самый тонкий нож, постепенно стал применяться в нашей жизни. Сочетание лазера и биологии, медицинского лечения и диагностики, а также фармацевтической науки постепенно проникло в повседневную жизнь лазерного лечения, лазерной хирургии и лазерной диагностики. В области производства оборудования мощное лазерное оборудование играет все более важную роль в резке, сварке, измерении, маркировке и других звеньях в областях производства высокотехнологичного оборудования, таких как авиация, аэрокосмическая промышленность, автомобили, высокоскоростные железные дороги и корабли. С точки зрения точной микрообработки лазер с ультракороткими импульсами сыграл незаменимую роль в сверлении, маркировке, нарезании канавок, текстурировании поверхности, модификации поверхности, обрезке и т. очистка и другие ссылки в фотогальванических, жидкокристаллических дисплеях, полупроводниках, светодиодах, OLED и других областях. эффект. С быстрым развитием технологии полупроводниковой накачки лазеры ближнего инфракрасного диапазона с длиной волны 1 мкм сформировали полную производственную цепочку после многих лет разработки, занимая ключевое положение в приложениях промышленной обработки. В частности, волоконный лазер ближнего инфракрасного диапазона с длиной волны 1 мкм стал наиболее широко используемым типом лазера благодаря широкому охвату мощности, превосходному качеству луча, стабильности и надежности. занимая ключевое положение в области промышленной обработки. В частности, волоконный лазер ближнего инфракрасного диапазона с длиной волны 1 мкм стал наиболее широко используемым типом лазера благодаря широкому охвату мощности, превосходному качеству луча, стабильности и надежности. занимая ключевое положение в области промышленной обработки. В частности, волоконный лазер ближнего инфракрасного диапазона с длиной волны 1 мкм стал наиболее широко используемым типом лазера благодаря широкому охвату мощности, превосходному качеству луча, стабильности и надежности.

 

Медь является третьим наиболее широко используемым металлом в мире после железа и алюминия. Медный материал является одним из наиболее широко используемых металлических материалов в современной промышленной обработке. Структура спроса на терминалы в цепочке медной промышленности охватывает более 30 подсекторов, таких как аэрокосмическая промышленность, высокоскоростные поезда, интеллектуальные терминалы, электронная связь и автомобили, и является основным показателем высокотехнологичных промышленных приложений. В настоящее время широкомасштабное использование инфракрасных волоконных лазеров в 1-микронном диапазоне длин волн имеет такие недостатки, как большое разбрызгивание и неконтролируемая глубина проникновения при обработке медных материалов из-за слабого поглощения меди.

ультрафиолетовый лазер  | зеленый лазер  | Ультрафиолетовые лазеры  | ультрафиолетовый лазер dpss  | наносекундный лазер  | УФ лазерный источник  | Твердотельные лазеры

На рис. 1 показаны кривые поглощения обычно используемых металлических материалов для различных длин волн лазерного излучения. Можно видеть, что скорости поглощения лазерного излучения разными металлами сильно различаются на разных длинах волн. На рис. 2 показаны сравнительные кривые поглощения при различных длинах волн только для металлической меди. При комнатной температуре коэффициент поглощения меди в ближнем инфракрасном диапазоне (около 1 микрона) составляет менее 5%, поэтому эффективность обработки медных материалов инфракрасным светом крайне низка, 95% лазерного излучения будет отражаться, а лазер сам будет поврежден; Коэффициент поглощения меди в зеленых длинах волн (515 нм и 532 нм) достигает 40%.

 

 

Рисунок 1. Сравнение коэффициентов поглощения различных металлических материалов.

 

 

Рис. 2. Сравнение скорости лазерного поглощения металлической меди для различных трех длин волн.

 

Цитата из «Новый прогресс в обработке зеленого лазера»

 

По сравнению с коротковолновым ультрафиолетовым лазером, нынешнее узкое место материаловедения не может поддерживать реализацию стабильного мощного выходного ультрафиолетового лазера. Ультрафиолетовые лазеры мощностью более 100 Вт встречаются крайне редко. Наоборот, благодаря усилиям ученых из разных стран коммерческие зеленые лазеры в последние годы достигли больших успехов. TRUMPF в Германии и IPG в США получили сверхмощный зеленый свет мощностью более 3 киловатт и 1 киловатт с помощью технологии дискового лазера и технологии волоконного лазера соответственно.

 

Мощные непрерывные зеленые лазеры играют чрезвычайно важную роль в 3D-печати и точной сварке медных материалов, двух важных проблемах в текущих промышленных приложениях.

 

2. Перспективы применения и преимущества мощного зеленого света

 

На 14-й Китайской международной выставке аккумуляторных технологий в 2021 году компания TRUMPF представила свой мощный дисковый лазер непрерывного действия мощностью 3 кВт. Средняя выходная мощность этого продукта достигает 3 киловатт, что представляет собой самую сильную мощность в современной серии зеленых лазеров и очень подходит для сварки материалов с высокой отражающей способностью, таких как медь и алюминий. Зеленые лазеры TRUMPF (1000–3000 Вт) особенно в области производства литиевых аккумуляторов, представленных новыми источниками энергии для транспортных средств, могут выполнять сварку до 120 слоев медной фольги практически без брызг и с точной и контролируемой глубиной проплавления. Кроме того, мощный зеленый свет также имеет выдающиеся преимущества при 3D-печати материалов из чистой меди. В настоящее время отечественный мощный зеленый лазер все еще пуст.

 

2.1

 

Сварка металлов с высоким коэффициентом отражения

 

Из-за выдающейся проводимости медных материалов медные материалы широко используются в производстве литиевых аккумуляторов, особенно в силовых батареях транспортных средств с новой энергией. В настоящее время для сварки меди по-прежнему широко используются мощные инфракрасные волоконные лазеры. По сравнению с инфракрасным диапазоном, эффективность сварки меди с зеленым светом будет выше, а разбрызгивание практически отсутствует. Брызги губительны для обработки аккумуляторов, а также влияют на производственную безопасность, производительность и срок службы аккумулятора.

 

На рис. 3 показано поглощение медью инфракрасного лазера с длиной волны 1064 нм. Как видно из рисунка 3, по мере увеличения температуры плавления от 0 до 1400 К поглощение медью инфракрасного света медленно увеличивается с 5% до примерно 10%; когда медь достигает точки плавления (1400 К), скорость поглощения меди лазером инфракрасного диапазона будет постепенно увеличиваться с 10% до примерно 17%, а затем скорость поглощения будет медленно увеличиваться по мере того, как температура продолжает расти. Это внезапное изменение поглощения до и после точки плавления может привести к тому, что часть расплавленного материала выльется в виде брызг, а также может привести к схлопыванию небольших отверстий, что заставит весь процесс начинаться сначала. Особенно при последующей сварке литиевых батарей производительность сварки напрямую влияет на стоимость батареи.

 

На рис. 4 представлены кривые поглощения меди для разных длин волн (инфракрасного, зеленого и синего) при разных температурах. Зеленые линии на рисунке представляют скорости поглощения зеленого света медью при 20°C (твердое состояние) и 1600°C (расплавленное состояние) соответственно. При комнатной температуре 20 °С, когда медь находится в твердом состоянии, скорость поглощения полосы зеленого света составляет около 40 %, а при повышении температуры до 1600 °С и нахождении меди в расплавленном состоянии скорость поглощения снижается примерно на 5%. То есть поглощение зеленого света немного уменьшается после плавления меди. Эта особенность помогает получать стабильные маленькие отверстия при обработке меди и позволяет добиться практически нулевого разбрызгивания. Это явное преимущество зеленых лазеров по сравнению с инфракрасной лазерной сваркой.

 

Медные материалы широко используются в производстве высокого класса из-за их превосходной теплопроводности и электропроводности. Например, в области аэрокосмической промышленности, высокоскоростных поездов и автомобильной промышленности существует прямой спрос на технологию 3D-печати материалов из чистой меди.

 

 

В качестве источника лазерного излучения для 3D-печати металлических материалов в настоящее время в основном используется одномодовый волоконный лазер ближнего инфракрасного диапазона с длиной волны 1 мкм. Одномодовый волоконный лазер ближнего инфракрасного диапазона с длиной волны 1 мкм имеет тот недостаток, что коэффициент поглощения медного материала низок, и на него сильно влияет температура, что приводит к низкой плотности печатных образцов и плохой надежности процесса. Зеленый лазер, как лучший источник света для 3D-печати металлических материалов с высокой отражающей способностью, 3D-печать материалов из чистой меди может хорошо решить связанные проблемы и достичь плотности более 99,95%.

 

3. Мощный непрерывный одномодовый зеленый свет лазера

 

RFH Laser Co., Ltd. в основном занимается исследованиями и разработками, производством и продажей «усовершенствованных коротковолновых волоконных лазеров» и «решений для лазерной прецизионной обработки». Схема лазерной компании

 

4. Стремление к передовому применению коротковолновых мощных лазеров.

 

Непрерывный одномодовый зеленый лазер имеет хорошую стабильность выходной мощности, отличное качество луча и высокую скорость поглощения материалов с высокой отражающей способностью, особенно меди, что делает его перспективным для 3D-печати материалов из чистой меди. При дальнейшем добавлении пространственного модулятора также можно получить импульсный зеленый свет с высокой частотой модуляции, что делает его также перспективным для точной резки и сварки материалов с высокой отражающей способностью.

 

Непрерывный одномодовый зеленый лазер использует выход в свободном пространстве, что выгодно для обеспечения превосходного качества луча. Лазер также может обеспечить гибкий метод передачи, связанный с оптическим волокном, который более удобен для согласования с автоматическим управлением и применяется в процессе сварки материалов с высоким коэффициентом отражения. После длительного изучения процесса лазерной сварки было показано, что лучшие результаты сварки можно получить, используя выходные точки (формирование луча) с различным распределением энергии. Кроме того, одномодульный одномодовый зеленый лазер на основе лазера также может выполнять многомодульное пространственное или оптоволоконное связывание. С одной стороны, можно получить зеленый свет с гибким распределением энергии луча; с другой стороны, можно получить выход зеленого света непрерывного волокна в несколько киловатт или даже десятков тысяч ватт, обеспечивая высококачественную, высокоэффективную и высокопроизводительную лазерную сварку сердечника. Мощный коротковолновый источник света.

 

Непрерывный мощный зеленый лазер может стать эффективным решением для обработки и нанесения медных материалов, и ожидается, что он проявит себя в 3D-печати из чистой меди и прецизионной сварке металлов с высоким коэффициентом отражения.