Soldadura láser de materiales de cobre: ​​láser azul vs. láser verde

La soldadura láser es una técnica de procesamiento emergente de alta eficiencia. El proceso de mecanizado láser se basa en la interacción entre un haz de energía específico y el material. Los materiales se clasifican generalmente en metales y no metales. Los metales incluyen acero, hierro, cobre, aluminio y sus aleaciones, mientras que los no metales incluyen vidrio, madera, plástico, tela y materiales frágiles. La fabricación láser se aplica en numerosas industrias, pero hasta el momento, su aplicación se limita principalmente a estas categorías de materiales.

La industria del láser necesita reforzar la investigación sobre las propiedades de los materiales.

En China, el rápido desarrollo de la industria láser se debe a la gran demanda de aplicaciones. Sin embargo, la mayoría de los fabricantes de equipos láser se centran principalmente en la interacción entre el haz láser y los componentes mecánicos, aunque algunos consideran la automatización de los equipos. Existe una falta de investigación sobre materiales, como la determinación de los parámetros del haz adecuados para cada material. Esta carencia en la investigación implica que algunas empresas desarrollan nuevos equipos, pero no pueden explorar sus nuevas aplicaciones. Muchas empresas de láser cuentan con ingenieros ópticos y mecánicos, pero pocos ingenieros de ciencia de materiales, lo que pone de manifiesto la urgente necesidad de investigar más a fondo las propiedades de los materiales.

La alta reflectividad del cobre promueve el desarrollo de la tecnología láser verde y azul.

En el ámbito de los materiales metálicos, el procesamiento láser del acero y el hierro ha sido ampliamente estudiado. Sin embargo, el procesamiento de materiales de alta reflectividad, especialmente el cobre y el aluminio, aún se encuentra en fase de investigación. El cobre se utiliza extensamente en cables, electrodomésticos, electrónica de consumo, equipos eléctricos, componentes electrónicos y baterías debido a su excelente conductividad térmica y eléctrica. A pesar de los numerosos esfuerzos realizados durante años, la tecnología láser ha tenido dificultades para procesar el cobre debido a sus propiedades.

En primer lugar, el cobre presenta una alta reflectividad, con un índice de reflectividad del 90 % para el láser infrarrojo común de 1064 nm. En segundo lugar, su excelente conductividad térmica provoca una rápida disipación del calor, lo que dificulta lograr el efecto de procesamiento deseado. En tercer lugar, se requieren láseres de mayor potencia para el procesamiento, lo que puede provocar deformaciones en el cobre. Incluso si se completa la soldadura, son frecuentes los defectos y las soldaduras incompletas.

Tras años de investigación, se ha descubierto que los láseres con longitudes de onda más cortas, como los láseres verdes y azules, son más adecuados para soldar cobre. Esto ha impulsado el desarrollo de la tecnología de láseres verdes y azules.

El cambio de láseres infrarrojos a láseres verdes con una longitud de onda de 532 nm reduce significativamente la reflectividad. El láser de 532 nm permite un acoplamiento continuo del haz láser al cobre, estabilizando el proceso de soldadura. El efecto de soldadura en cobre con un láser de 532 nm es comparable al de un láser de 1064 nm en acero.

En China, la potencia comercial de los láseres verdes ha alcanzado los 500 vatios, mientras que a nivel internacional llega a los 3000 vatios. El efecto de soldadura es particularmente significativo en los componentes de las baterías de litio. En los últimos años, la soldadura láser verde de cobre, especialmente en la industria de las energías renovables, se ha convertido en un campo de gran interés.

Actualmente, una empresa china ha desarrollado con éxito un láser verde totalmente acoplado a fibra óptica con una potencia de salida de 1000 vatios, lo que amplía enormemente las posibles aplicaciones para la soldadura de cobre. El producto ha tenido una excelente acogida en el mercado.

En los últimos tres años, la nueva tecnología láser azul ha captado la atención de la industria. Los láseres azules, con una longitud de onda de alrededor de 450 nm, se sitúan entre los láseres ultravioleta y los verdes. La absorción del láser azul sobre el cobre es mejor que la del láser verde, reduciendo la reflectividad a menos del 35 %.

La soldadura láser azul se puede utilizar tanto para soldadura por conducción térmica como para soldadura de penetración profunda, logrando una soldadura sin salpicaduras y reduciendo la porosidad. Además de mejorar la calidad, la soldadura láser azul de cobre ofrece importantes ventajas en cuanto a velocidad, siendo al menos cinco veces más rápida que la soldadura láser infrarroja. El efecto que se consigue con un láser infrarrojo de 3000 vatios se puede lograr con un láser azul de 500 vatios, lo que supone un ahorro significativo de energía y electricidad.

Fabricantes de láseres que desarrollan láseres azules

Entre los principales fabricantes de láseres azules se encuentran Laserline, Nuburu, United Winners, BWT y Han's Laser. Actualmente, los láseres azules utilizan tecnología de semiconductores acoplados a fibra, lo que reduce ligeramente su densidad energética. Por ello, algunas empresas han desarrollado la soldadura compuesta de doble haz para lograr mejores resultados en la soldadura de cobre. Esta técnica consiste en el uso simultáneo de haces láser azules e infrarrojos para soldar cobre, ajustando cuidadosamente la posición relativa de ambos haces para resolver problemas de alta reflectividad y garantizar una densidad energética suficiente.

Comprender las propiedades de los materiales es fundamental para la aplicación y el desarrollo de tecnologías láser. Tanto los láseres azules como los verdes pueden mejorar la absorción de luz láser por parte del cobre, aunque actualmente los láseres azules y verdes de alta potencia son costosos. Se prevé que, a medida que las técnicas de procesamiento maduren y los costos operativos de los láseres azules y verdes disminuyan adecuadamente, la demanda del mercado experimentará un aumento significativo.

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