Kuparimateriaalien laserhitsaus: sininen laser vs. vihreä laser

Laserhitsaus on nouseva tehokas prosessitekniikka. Lasertyöstöprosessi on tietyn energiansäteen ja materiaalin välisen vuorovaikutuksen tulos. Materiaalit luokitellaan yleensä metalleihin ja epämetalleihin. Metallimateriaaleja ovat teräs, rauta, kupari, alumiini ja niiden kaltaiset seokset, kun taas ei-metallisia materiaaleja ovat lasi, puu, muovi, kangas ja hauraat materiaalit. Laservalmistusta käytetään monilla teollisuudenaloilla, mutta toistaiseksi sen käyttö on keskittynyt pääasiassa näihin materiaaliluokkiin.

Laserteollisuuden on vahvistettava materiaalien ominaisuuksien tutkimusta

Kiinassa laserteollisuuden nopeaa kehitystä vauhdittaa sovellusten suuri kysyntä. Useimmat laserlaitteiden valmistajat keskittyvät kuitenkin pääasiassa lasersäteen ja mekaanisten komponenttien väliseen vuorovaikutukseen, ja jotkut harkitsevat laitteiden automatisointia. Materiaaleista on vähän tutkimusta, esimerkiksi sen määrittämisestä, mitkä palkkiparametrit sopivat eri materiaaleille. Tämä tutkimusaukko tarkoittaa, että jotkut yritykset kehittävät uusia laitteita, mutta eivät voi tutkia niiden uusia sovelluksia. Monissa laseralan yrityksissä on optisia ja konetekniikan insinöörejä, mutta vain vähän materiaalitieteen insinöörejä, mikä korostaa kiireellistä tarvetta lisätä materiaalien ominaisuuksien tutkimusta.

Kuparin korkea heijastavuus edistää vihreän ja sinisen laserteknologian kehitystä

Metallimateriaaleissa teräksen ja raudan laserkäsittelyä on tutkittu paljon. Korkean heijastavuuden omaavien materiaalien, erityisesti kuparin ja alumiinin, käsittelyä tutkitaan kuitenkin vielä. Kuparia käytetään laajalti kaapeleissa, kodinkoneissa, kulutuselektroniikassa, sähkölaitteissa, elektronisissa komponenteissa ja akuissa sen erinomaisen lämmön- ja sähkönjohtavuuden ansiosta. Monien vuosien ponnisteluista huolimatta laserteknologia on kamppaillut kuparin käsittelyn kanssa sen ominaisuuksien vuoksi.

Ensinnäkin kuparilla on korkea heijastavuus, ja yleisen 1064 nm:n infrapunalaserin heijastavuus on 90 %. Toiseksi kuparin erinomainen lämmönjohtavuus aiheuttaa lämmön nopean haihtumisen, mikä vaikeuttaa halutun prosessointivaikutuksen saavuttamista. Kolmanneksi, prosessointiin tarvitaan tehokkaampia lasereita, mikä voi johtaa kuparin muodonmuutoksiin. Vaikka hitsaus olisi valmis, viat ja epätäydelliset hitsit ovat yleisiä.

Vuosien tutkimusten jälkeen on havaittu, että lyhyemmän aallonpituuden omaavat laserit, kuten vihreät ja siniset laserit, sopivat paremmin kuparin hitsaukseen. Tämä on vauhdittanut vihreän ja sinisen laserteknologian kehitystä.

Vaihtaminen infrapunalasereista vihreisiin lasereihin, joiden aallonpituus on 532 nm, vähentää heijastavuutta merkittävästi. 532 nm:n aallonpituuden omaava laser mahdollistaa lasersäteen jatkuvan kytkennän kuparimateriaaliin, mikä vakauttaa hitsausprosessia. Kuparin hitsausvaikutus 532 nm:n laserilla on verrattavissa 1064 nm:n laserin hitsausvaikutukseen teräkseen.

Kiinassa vihreiden lasereiden kaupallinen teho on saavuttanut 500 wattia, kun taas kansainvälisesti se on saavuttanut 3000 wattia. Hitsausvaikutus on erityisen merkittävä litium-akkukomponenteissa. Viime vuosina kuparin vihreästä laserhitsauksesta on tullut erityisen suosittua uudessa energiateollisuudessa.

Kiinalainen yritys on parhaillaan kehittänyt onnistuneesti täysin kuitukytkettyyn vihreään laseriin, jonka teho on 1000 wattia, mikä laajentaa huomattavasti kuparin hitsauspotentiaalia. Tuote on otettu hyvin vastaan markkinoilla.

Viimeisten kolmen vuoden aikana uusi sininen laserteknologia on herättänyt alan huomiota. Siniset laserit, joiden aallonpituus on noin 450 nm, sijoittuvat ultravioletti- ja vihreiden lasereiden väliin. Sinisen laserin absorptio kuparissa on parempi kuin vihreän laserin, ja heijastavuus laskee alle 35 prosenttiin.

Sinistä laserhitsausta voidaan käyttää sekä lämpöjohtavuushitsaukseen että syvätunkeutumishitsaukseen, mikä saavuttaa “roiskeetonta hitsausta” ja hitsauksen huokoisuuden vähentäminen. Laadun parantamisen lisäksi kuparin sininen laserhitsaus tarjoaa myös merkittäviä nopeusetuja, sillä se on vähintään viisi kertaa nopeampaa kuin infrapunalaserhitsaus. 3000 watin infrapunalaserilla saavutettu vaikutus voidaan saavuttaa 500 watin sinisellä laserilla, mikä säästää merkittävästi energiaa ja sähköä.

Sinisiä lasereita kehittävät laservalmistajat

Sinisten lasereiden johtavia valmistajia ovat Laserline, Nuburu, United Winners, BWT ja Han's Laser. Tällä hetkellä siniset laserit käyttävät kuitukytkettyyn puolijohdetekniikkaan perustuvaa reittiä, jonka energiatiheys on hieman jäljessä. Siksi jotkut yritykset ovat kehittäneet kaksoispalkkikomposiittihitsausta parempien kuparihitsaustulosten saavuttamiseksi. Kaksoissädehitsauksessa käytetään samanaikaisesti sinisiä lasersäteitä ja infrapunalasereita kuparin hitsaukseen. Kahden sädepisteen suhteellisia sijainteja säädetään huolellisesti, jotta voidaan ratkaista korkeat heijastavuusongelmat ja varmistaa riittävä energiatiheys.

Materiaalien ominaisuuksien ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää laserteknologioita sovellettaessa tai kehitettäessä. Käytettiinpä sinisiä tai vihreitä lasereita, molemmat voivat parantaa kuparin absorbanssia lasereissa, vaikka tehokkaat siniset ja vihreät laserit ovat tällä hetkellä kalliita. Uskotaan, että kun prosessointitekniikat kehittyvät ja sinisten tai vihreiden lasereiden käyttökustannukset laskevat asianmukaisesti, markkinoiden kysyntä todella kasvaa.

Tehokas jäähdytys sinisille ja vihreille lasereille

Siniset ja vihreät laserit tuottavat merkittävää lämpöä käytön aikana, mikä edellyttää kestäviä jäähdytysratkaisuja. TEYU Chiller, johtava jäähdytinvalmistaja  22 vuoden kokemuksella tarjoaa räätälöityjä jäähdytysratkaisuja monenlaisiin teollisuus- ja lasersovelluksiin. CWFL-sarjamme vedenjäähdyttimet  on erityisesti suunniteltu tarjoamaan tarkkaa ja tehokasta jäähdytystä kuitulaserjärjestelmille, mukaan lukien sinisen ja vihreän laserin prosesseissa käytettävät järjestelmät. Ymmärtämällä laserlaitteiden ainutlaatuiset jäähdytystarpeet toimitamme tehokkaita ja luotettavia jäähdyttimiä tuottavuuden parantamiseksi ja laitteiden suojaamiseksi. 

TEYU Chiller on edelleen sitoutunut pysymään laserjäähdytysteknologian eturintamassa. Seuraamme jatkuvasti sinisten ja vihreiden lasereiden alan trendejä ja innovaatioita, edistämme teknologista kehitystä uuden tuottavuuden edistämiseksi ja nopeuttamme innovatiivisten jäähdyttimien tuotantoa laserteollisuuden kehittyvien jäähdytysvaatimusten täyttämiseksi.