Interpretación en profundidad: láser verde continuo monomodo de 500 W

 

1. Material frente a longitud de onda 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 delicado, se ha aplicado gradualmente en nuestras vidas. La combinación de láser y biología, tratamiento y diagnóstico médico y ciencia farmacéutica ha penetrado gradualmente en la vida diaria en el tratamiento con láser, la cirugía con láser y el diagnóstico con láser. En el campo de la fabricación de equipos, los equipos láser de alta potencia desempeñan un papel cada vez más importante en el corte, la soldadura, la medición, el marcado y otros enlaces en los campos de fabricación de equipos de alta gama, como la aviación, la industria aeroespacial, los automóviles, los trenes de alta velocidad y buques. En términos de micromecanizado fino, el láser de pulso ultracorto ha desempeñado un papel insustituible en la perforación, el trazado, el ranurado, el texturizado de superficies, la modificación de superficies, el recorte, Limpieza y otros enlaces en fotovoltaica, pantalla de cristal líquido, semiconductores, LED, OLED y otros campos. efecto. Con el rápido desarrollo de la tecnología de bombeo de semiconductores, los láseres de infrarrojo cercano con una longitud de onda de 1 um han formado una cadena industrial completa después de años de desarrollo, ocupando una posición fundamental en las aplicaciones de procesamiento industrial. En particular, el láser de fibra de infrarrojo cercano de 1 um se ha convertido en el tipo de láser más utilizado debido a su amplia cobertura de potencia, excelente calidad de haz, estabilidad y confiabilidad. ocupando una posición fundamental en las aplicaciones de procesamiento industrial. En particular, el láser de fibra de infrarrojo cercano de 1 um se ha convertido en el tipo de láser más utilizado debido a su amplia cobertura de potencia, excelente calidad de haz, estabilidad y confiabilidad. ocupando una posición fundamental en las aplicaciones de procesamiento industrial. En particular, el láser de fibra de infrarrojo cercano de 1 um se ha convertido en el tipo de láser más utilizado debido a su amplia cobertura de potencia, excelente calidad de haz, estabilidad y confiabilidad.

 

El 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 moderno. La estructura de demanda de terminales de la cadena de la industria del cobre cubre más de 30 subsectores, como aeroespacial, trenes de alta velocidad, productos de terminales inteligentes, comunicaciones electrónicas y automóviles, y es el principal indicador de aplicaciones industriales de alta gama. En la actualidad, el uso a gran escala de láseres de fibra infrarroja en la banda de longitud de onda de 1 micrón tiene desventajas, como grandes salpicaduras y una profundidad de penetración incontrolable en el procesamiento de materiales de cobre debido a la débil absorción del cobre.

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La Figura 1 muestra las curvas de absorción de materiales metálicos de uso común para diferentes longitudes de onda de luz láser. Se puede ver que las tasas de absorción de diferentes metales a la luz láser varían mucho en diferentes longitudes de onda. La Figura 2 muestra las curvas de comparación de absorbancia a diferentes longitudes de onda para cobre metálico solo. A temperatura ambiente, la tasa de absorción del cobre a las longitudes de onda del infrarrojo cercano (alrededor de 1 micrón) es inferior al 5 %, por lo que la eficiencia del procesamiento de materiales de cobre con luz infrarroja es extremadamente baja, el 95 % del láser se reflejará y el láser en sí mismo se dañará; La tasa de absorción de longitudes de onda de cobre a verde (515nm y 532nm) es tan alta como 40%.

 

 

Figura 1 Comparación de coeficientes de absorción de diferentes materiales metálicos

 

 

Fig. 2 Comparación de la tasa de absorción del láser de cobre metálico para diferentes tres longitudes de onda

 

Citado de "Nuevos avances en el procesamiento de láser verde"

 

En comparación con la longitud de onda corta del láser ultravioleta, el cuello de botella actual de la ciencia de materiales no puede respaldar la realización de una salida estable de láser ultravioleta de alta potencia. Los láseres ultravioleta que superan los 100 vatios son extremadamente raros. Por el contrario, gracias a los esfuerzos de científicos de varios países, los láseres verdes comerciales han logrado grandes avances en los últimos años. TRUMPF en Alemania e IPG en los Estados Unidos han obtenido una salida de luz verde de ultra alta potencia de más de 3 kilovatios y 1 kilovatio a través de la tecnología de láser de disco y la tecnología de láser de fibra, respectivamente.

 

Los láseres verdes continuos de alta potencia juegan un papel extremadamente importante en la impresión 3D y la soldadura de precisión de materiales de cobre, dos problemas importantes en las aplicaciones industriales actuales.

 

2. Perspectivas de aplicación y ventajas de la luz verde de alta potencia

 

En la 14.ª Exposición Internacional de Tecnología de Baterías de China en 2021, TRUMPF lanzó su láser de disco verde continuo de alta potencia de 3kW. La potencia de salida promedio de este producto es de hasta 3 kilovatios, lo que representa la potencia más fuerte en la serie actual de láser verde, y es muy adecuado para soldar materiales altamente reflectantes como el cobre y el aluminio. Especialmente en la industria de las baterías de litio representada por las baterías de energía para vehículos de nueva energía, los láseres verdes de TRUMPF (1000-3000 W) pueden lograr hasta 120 capas de soldadura de lámina de cobre casi sin salpicaduras y con una profundidad de penetración precisa y controlable. Además, la luz verde de alta potencia también tiene ventajas sobresalientes en las aplicaciones de impresión 3D de materiales de cobre puro. En la actualidad, el láser verde doméstico de alta potencia todavía está en blanco.

 

2.1

 

Soldadura de metal altamente reflectante

 

Debido a la excelente conductividad 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 energía de los vehículos de nueva energía. En la actualidad, la corriente principal todavía utiliza láseres de fibra infrarroja de alta potencia para la soldadura de cobre. En comparación con la banda infrarroja, la eficiencia de soldadura del cobre con luz verde será mayor y casi no hay salpicaduras. La salpicadura es fatal para el procesamiento de la batería y afectará la seguridad de producción, el rendimiento y la vida útil de la batería.

 

La figura 3 muestra la absorción del láser infrarrojo de 1064 nm por cobre. Como puede verse en la Figura 3, a medida que la temperatura de fusión aumenta de 0 a 1400 K, la absorción de luz infrarroja por parte del cobre aumenta lentamente del 5 % a aproximadamente el 10 %; cuando el cobre alcanza el punto de fusión (1400K), el cobre La tasa de absorción del láser de banda infrarroja aumentará de 10% a aproximadamente 17% en pasos, y luego la tasa de absorción aumentará lentamente a medida que la temperatura continúa aumentando. Este cambio repentino en la absorción antes y después del punto de fusión puede hacer que parte del material fundido se escape como una salpicadura, y también puede hacer que los pequeños agujeros colapsen, obligando a que todo el proceso comience de nuevo. Especialmente en la soldadura posterior al proceso de las baterías de litio, el rendimiento de la soldadura tiene un impacto directo en el costo de la batería.

 

La Figura 4 presenta las curvas de absorción del cobre para diferentes longitudes de onda (infrarrojo, verde y azul) a diferentes temperaturas. Las líneas verdes en la figura representan las tasas de absorción de luz verde por parte del cobre a 20°C (estado sólido) y 1600°C (estado fundido), respectivamente. A una temperatura ambiente de 20 °C, cuando el cobre está en estado sólido, la tasa de absorción de la banda de luz verde es de aproximadamente el 40 %, y cuando la temperatura sube a 1600 °C y el cobre está en estado fundido, la tasa de absorción cae alrededor de un 5%. Es decir, la absorción de luz verde disminuye ligeramente después de que se funde el cobre. Esta función ayuda a obtener agujeros pequeños estables al mecanizar cobre y puede lograr casi cero salpicaduras. Esta es una clara ventaja de los láseres verdes sobre la soldadura por láser infrarrojo.

 

Los materiales de cobre se utilizan ampliamente en la fabricación de alta gama debido a su excelente conductividad térmica y eléctrica. Por ejemplo, en los campos de la industria aeroespacial, los trenes de alta velocidad y la industria automotriz, existe una demanda de aplicación directa para la tecnología de impresión 3D de materiales de cobre puro.

 

 

La fuente de luz láser para la impresión 3D de materiales metálicos actualmente utiliza principalmente un láser de fibra monomodo de infrarrojo cercano de 1um. El láser de fibra monomodo de infrarrojo cercano de 1 um tiene la desventaja de que el coeficiente de absorción del material de cobre es bajo y tiene una gran influencia con la temperatura, lo que da como resultado una baja densidad de muestras impresas y una pobre robustez del proceso. El láser verde, como la mejor fuente de luz para la impresión 3D de materiales metálicos altamente reflectantes, la impresión 3D de materiales de cobre puro puede resolver problemas relacionados y lograr una densidad superior al 99,95 %.

 

3. Luz verde continua monomodo de alta potencia del láser

 

RFH Laser Co., Ltd. se dedica principalmente a I+D, producción y venta de "láseres de fibra de longitud de onda corta avanzados" y "soluciones de mecanizado de precisión láser". Esquema de la Compañía Láser

 

4. Comprometidos con la aplicación avanzada de láseres de alta potencia y longitud de onda corta

 

El láser verde monomodo continuo tiene buena estabilidad de potencia de salida, excelente calidad de haz y alta tasa de absorción para materiales altamente reflectantes, especialmente cobre, lo que lo hace prometedor para la impresión 3D de materiales de cobre puro. Al agregar un modulador espacial, también se puede obtener luz verde pulsada con una frecuencia de modulación de alta velocidad, lo que la hace también prometedora para el corte y la soldadura de precisión de materiales altamente reflectantes.

 

El láser verde monomodo continuo utiliza una salida de espacio libre, lo que es beneficioso para garantizar una excelente calidad del haz. El láser también puede proporcionar un método de transmisión flexible acoplado a la fibra óptica, que es más conveniente para combinar con el control automático y se aplica al proceso de soldadura de materiales de alta reflexión. Después de una exploración a largo plazo del proceso de soldadura por láser, se ha demostrado que se pueden obtener mejores resultados de soldadura mediante el uso de puntos de salida (conformación de haz) con diferentes distribuciones de energía. Además, el láser verde monomodo de módulo único basado en láser también puede realizar paquetes de fibra o espacio de varios módulos. Por un lado, se puede obtener una salida de luz verde con distribución de energía de haz flexible; por otro lado, Se puede obtener una salida de luz verde de fibra continua de varios kilovatios o incluso decenas de miles de vatios, proporcionando una soldadura láser de alta calidad, alta eficiencia y 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 la aplicación de materiales de cobre, y se espera que brille en la impresión 3D de cobre puro y la soldadura de precisión de metal de alta reflexión.