1. Vật liệu so với bước sóng laser
Kể từ khi ra đời máy laser đầu tiên vào năm 1960, sau hơn 60 năm phát triển, laser, là con dao sắc nhất và chính xác nhất, đã dần được sử dụng trong cuộc sống của chúng ta.Laser kết hợp với sinh học, điều trị y tế và chẩn đoán, và khoa học dược phẩm, và dần dần xâm nhập vào cuộc sống hàng ngày trong các khía cạnh như điều trị bằng laser, phẫu thuật bằng laser và chẩn đoán bằng laser.Trong lĩnh vực sản xuất thiết bị, thiết bị laser công suất cao đóng một vai trò ngày càng quan trọng trong cắt, hàn, đo, đánh dấu và các khía cạnh khác của các lĩnh vực sản xuất thiết bị cao cấp như hàng không, hàng không vũ trụ,xe ô tôTrong lĩnh vực vi công nghệ, laser xung siêu ngắn đóng một vai trò không thể thay thế trong việc khoan, khắc, rãnh, kết cấu bề mặt, sửa đổi bề mặt, cắt,làm sạch và các khía cạnh khác của quang điệnVới sự phát triển nhanh chóng của công nghệ máy bơm bán dẫn, các laser cận hồng ngoại bước sóng 1um,sau nhiều năm phát triển, đã tạo thành một chuỗi công nghiệp hoàn chỉnh và chiếm một vị trí trung tâm trong các ứng dụng chế biến công nghiệp.Laser sợi cận hồng ngoại 1um đã trở thành một loại laser được sử dụng rộng rãi do phạm vi điện năng rộngĐồng là kim loại được sử dụng nhiều thứ ba trên thế giới sau sắt và nhôm.Vàng là một trong những vật liệu kim loại được sử dụng rộng rãi nhất trong chế biến công nghiệp hiện đạiCấu trúc nhu cầu đầu cuối của chuỗi công nghiệp đồng bao gồm hơn 30 tiểu ngành, chẳng hạn như hàng không vũ trụ, tàu cao tốc, sản phẩm đầu cuối thông minh, truyền thông điện tử,và ô tô, và là tiêu chuẩn chính cho các ứng dụng công nghiệp cao cấp. 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 copperHình 1 cho thấy đường cong hấp thụ của các vật liệu kim loại thường được sử dụng cho laser có bước sóng khác nhau.Có thể thấy rằng tốc độ hấp thụ của laser bởi các kim loại khác nhau khác nhau rất nhiều ở các bước sóng khác nhauHình 2 cho thấy các đường cong so sánh tốc độ hấp thụ ở các bước sóng khác nhau chỉ cho đồng kim loại.Tốc độ hấp thụ đồng của các bước sóng cận hồng ngoại (khoảng 1 micron) dưới 5%, do đó, sử dụng ánh sáng hồng ngoại để xử lý vật liệu đồng là cực kỳ không hiệu quả. 95% laser sẽ được phản xạ và cũng sẽ gây tổn thương cho chính laser;Tỷ lệ hấp thụ đồng ở bước sóng ánh sáng xanh (515nm và 532nm) cao hơn 40%.Tính chọn lọc của bước sóng laser của vật liệu chính nó xác định rằng bước sóng lý tưởng nhất để xử lý chính xác các vật liệu phản xạ cao là bước sóng ngắn (≤ 700nm).
So với bước sóng ngắn của laser cực tím, giới hạn cổ chai hiện tại của khoa học vật liệu không thể hỗ trợ việc thực hiện đầu ra laser cực tím công suất cao ổn định.Máy laser tia cực tím hơn một trăm watt rất hiếmNgược lại, thông qua những nỗ lực của các nhà khoa học từ nhiều quốc gia, laser xanh thương mại đã đạt được tiến bộ lớn trong những năm gần đây.TRUMPF của Đức và IPG của Hoa Kỳ đã đạt được hiệu suất đèn xanh cực cao hơn 3 kW và 1 kW, tương ứng, thông qua công nghệ laser đĩa và công nghệ laser sợi.Các laser ánh sáng xanh liên tục công suất cao đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong hai vấn đề quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp hiện tại: in 3D và hàn chính xác các vật liệu đồng.
2- Khả năng ứng dụng và lợi thế của đèn xanh công suất cao
Tại Triển lãm Công nghệ Pin Quốc tế lần thứ 14 của Trung Quốc vào năm 2021, TRUMPF của Đức đã ra mắt laser đĩa đèn xanh liên tục công suất cao 3 kW.Sức mạnh sản xuất trung bình của sản phẩm này là cao đến 3 kilowatt, đại diện cho sức mạnh mạnh nhất trong loạt laser xanh hiện tại và rất phù hợp với hàn các vật liệu phản xạ cao như đồng và nhôm.Đặc biệt là trong ngành công nghiệp pin lithium được đại diện bởi pin điện xe năng lượng mới, laser xanh TRUMPF (1000 ¥ 3000W) có thể hàn lên đến 120 lớp tấm đồng mà hầu như không bị rắc và thâm nhập chính xác và có thể kiểm soát được.ánh sáng xanh có sức mạnh cao cũng có những lợi thế nổi bật trong các ứng dụng in 3D của các vật liệu đồng tinh khiếtHiện tại, vẫn còn một khoảng cách trong laser xanh công suất cao ở Trung Quốc.
2.1 hàn kim loại phản xạ cao
Do tính dẫn điện xuất sắc của vật liệu đồng, vật liệu đồng được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp pin lithium, đặc biệt là trong pin điện xe năng lượng mới.dòng chính vẫn sử dụng laser sợi hồng ngoại công suất cao cho hàn đồngSo với dải hồng ngoại, hàn đồng sử dụng ánh sáng xanh là hiệu quả hơn và gần như không có rắc.Hiệu suất và tuổi thọ của pin.
Hình 3 cho thấy sự hấp thụ của laser hồng ngoại 1064nm bởi đồng. Như có thể thấy từ hình 3, khi nhiệt độ nóng chảy tăng từ 0 đến 1400K,hấp thụ của đồng của ánh sáng hồng ngoại tăng từ 5% đến khoảng 10%Khi đồng đạt đến điểm nóng chảy (1400K), đồng Tốc độ hấp thụ laser băng tần hồng ngoại sẽ tăng dần từ 10% lên khoảng 17%, và sau đó khi nhiệt độ tiếp tục tăng,Tốc độ hấp thụ sẽ tăng dầnSự thay đổi đột ngột về độ hấp thụ xung quanh điểm nóng chảy có thể làm cho một số vật liệu nóng chảy được xả dưới dạng phun, và cũng có thể làm cho các lỗ nhỏ sụp đổ,buộc toàn bộ quá trình phải được khởi động lạiĐặc biệt là đối với quá trình hàn phía sau của pin lithium, năng suất hàn có ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí của pin.
Hình 4 cho thấy đường cong hấp thụ đồng cho các bước sóng khác nhau (độ chiếu hồng ngoại, xanh lá cây và xanh dương) ở nhiệt độ khác nhau.Các đường màu xanh lá cây trong hình tượng đại diện cho tốc độ hấp thụ ánh sáng màu xanh lá cây bởi đồng ở 20 °C (tình trạng rắn) và 1600 °C (tình trạng nóng chảy)Ở nhiệt độ phòng 20 ° C, khi đồng ở trạng thái rắn, tỷ lệ hấp thụ của nó trong dải ánh sáng xanh là khoảng 40%.,tỷ lệ hấp thụ giảm khoảng 5%, nghĩa là sự hấp thụ ánh sáng xanh giảm nhẹ sau khi đồng tan chảy.Tính năng này giúp đạt được lỗ ổn định và hầu như không rắc rắc khi gia công đồngĐây là lợi thế rõ ràng của hàn laser ánh sáng xanh so với hàn laser hồng ngoại.
2.2 in 3D các vật liệu đồng tinh khiết
Vật liệu đồng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất cao cấp do khả năng dẫn nhiệt, dẫn điện tuyệt vời và các tính chất tuyệt vời khác.Tàu cao tốc, ngành công nghiệp ô tô và các lĩnh vực khác, có một nhu cầu ứng dụng trực tiếp cho công nghệ in 3D vật liệu đồng tinh khiết.
Nguồn ánh sáng laser để in 3D các vật liệu kim loại hiện nay chủ yếu sử dụng laser sợi một chế độ cận hồng ngoại 1um.Các laser sợi một chế độ gần hồng ngoại 1um có nhược điểm của hệ số hấp thụ thấp do hệ số hấp thụ của vật liệu đồng, và ảnh hưởng lớn với nhiệt độ, dẫn đến mật độ nhỏ của các mẫu in và độ bền quá trình kém.là nguồn ánh sáng tốt nhất cho in 3D các vật liệu kim loại phản xạ cao, có thể giải quyết hiệu quả các vấn đề liên quan và đạt mật độ lớn hơn 99,95% cho in 3D các vật liệu đồng tinh khiết.
3Đèn xanh đơn chế độ liên tục công suất cao từ OUHK Laser
Shenzhen Gongda Laser Co., Ltd. chủ yếu tham gia vào nghiên cứu và phát triển, sản xuất và bán "laser sợi sóng ngắn tiên tiến" và "giải pháp xử lý chính xác laser".Đó là một công ty tập trung vào nghiên cứu và phát triển, sản xuất laser sợi sóng ngắn (xanh và cực tím) công suất trung bình và cao và ứng dụng Solutions Laser Inc.Các sản phẩm chính hiện tại là laser xanh đơn chế độ 50-500W công suất cao và laser sợi xung MOPA 100-1000W. OUHK Laser đã tập trung vào nghiên cứu và phát triển các laser sợi sóng ngắn công suất cao và đã dẫn đầu trong việc tung ra một laser xanh 500W:GCL-500 có thể được sử dụng cho in 3D kim loại phản xạ cao và hàn chính xácGCL-500 đèn laser ánh sáng xanh áp dụng một tất cả các chất xơ tần số cơ bản cộng với giải pháp tăng gấp đôi tần số ngoài khoang, đạt được một chế độ liên tục ánh sáng xanh đầu ra lên đến hơn 500W,lấp đầy khoảng cách trong nước trong loại sản phẩm này.
4- Cam kết ứng dụng tiên tiến của sóng ngắn và laser công suất cao
GCL-500 liên tục laser xanh một chế độ có ổn định công suất đầu ra tốt, chất lượng chùm xuất sắc và tỷ lệ hấp thụ cao cho các vật liệu phản xạ cao, đặc biệt là đồng,làm cho nó hứa hẹn cho in 3D của vật liệu đồng tinh khiếtBằng cách thêm một bộ điều chế không gian, ánh sáng xanh xung với tần số điều chế tốc độ cao cũng có thể được thu được,làm cho nó cũng có triển vọng ứng dụng rộng trong cắt chính xác và hàn vật liệu phản xạ cao. GCL-500 liên tục laser màu xanh lá cây một chế độ sử dụng đầu ra không gian tự do, giúp đảm bảo chất lượng chùm tuyệt vời.có thể dễ dàng phù hợp hơn với điều khiển tự động và được sử dụng trong các quy trình hàn vật liệu phản xạ caoSau khi khám phá lâu dài về quy trình hàn bằng laser, nó đã được chứng minh rằng kết quả hàn tốt hơn có thể đạt được bằng cách sử dụng các điểm đầu ra (hình dạng chùm tia) với phân phối năng lượng khác nhau.Ngoài ra, dựa trên laser xanh đơn mô-đun GCL-500 của OULD Laser, nó cũng có thể thực hiện kết hợp không gian đa mô-đun hoặc chùm sợi.có thể đạt được hiệu suất ánh sáng xanh với phân phối năng lượng chùm linh hoạt; mặt khác, hiệu suất ánh sáng xanh liên tục bằng sợi quang có thể đạt được vài kilowatt hoặc thậm chí hàng chục ngàn watt,cung cấp các khả năng hàn laser cấp cao cho chất lượng cao, hiệu quả cao, và sản lượng cao hàn laser nguồn ánh sáng bước sóng ngắn mạnh mẽ.Laser xanh liên tục công suất cao có thể cung cấp một giải pháp hiệu quả cho việc chế biến và áp dụng các vật liệu đồng, và dự kiến sẽ tỏa sáng trong in 3D đồng tinh khiết và hàn chính xác kim loại phản xạ cao.