Soudage laser de matériaux en cuivre : Laser bleu VS Laser vert

Le soudage au laser est une technique de traitement émergente à haute efficacité. Le processus d’usinage laser est le résultat de l’interaction entre un faisceau d’énergie spécifique et le matériau. Les matériaux sont généralement classés en métaux et non-métaux. Les matériaux métalliques comprennent l'acier, le fer, le cuivre, l'aluminium et leurs alliages associés, tandis que les matériaux non métalliques comprennent le verre, le bois, le plastique, le tissu et les matériaux cassants. La fabrication au laser est appliquée dans de nombreuses industries, mais jusqu’à présent, son application se situe principalement dans ces catégories de matériaux.

L'industrie du laser doit renforcer la recherche sur les propriétés des matériaux

En Chine, le développement rapide de l’industrie du laser est motivé par une forte demande d’applications. Cependant, la plupart des fabricants d’équipements laser se concentrent principalement sur l’interaction entre le faisceau laser et les composants mécaniques, certains envisageant l’automatisation des équipements. Il y a un manque de recherche sur les matériaux, notamment pour déterminer quels paramètres de faisceau conviennent à différents matériaux. Cette lacune dans la recherche signifie que certaines entreprises développent de nouveaux équipements mais ne peuvent pas explorer leurs nouvelles applications. De nombreuses entreprises spécialisées dans le domaine du laser disposent d'ingénieurs en optique et en mécanique, mais peu d'ingénieurs en science des matériaux, ce qui souligne le besoin urgent de davantage de recherches sur les propriétés des matériaux.

La haute réflectivité du cuivre favorise le développement de la technologie laser vert et bleu

Dans le domaine des matériaux métalliques, le traitement au laser de l'acier et du fer a été bien exploré. Cependant, le traitement de matériaux à haute réflectivité, notamment le cuivre et l’aluminium, est encore à l’étude. Le cuivre est largement utilisé dans les câbles, les appareils électroménagers, l’électronique grand public, les équipements électriques, les composants électroniques et les batteries en raison de son excellente conductivité thermique et électrique. Malgré de nombreuses années d’efforts, la technologie laser a eu du mal à traiter le cuivre en raison de ses propriétés.

Premièrement, le cuivre a une réflectivité élevée, avec un taux de réflectivité de 90 % pour le laser infrarouge commun de 1 064 nm. Deuxièmement, l’excellente conductivité thermique du cuivre entraîne une dissipation rapide de la chaleur, ce qui rend difficile l’obtention de l’effet de traitement souhaité. Troisièmement, le traitement nécessite des lasers de plus grande puissance, ce qui peut entraîner une déformation du cuivre. Même si le soudage est terminé, les défauts et les soudures incomplètes sont courants.

Après des années d'exploration, il a été découvert que les lasers à longueurs d'onde plus courtes, tels que les lasers verts et bleus, sont plus adaptés au soudage du cuivre. Cela a motivé le développement de la technologie des lasers verts et bleus.

Le passage des lasers infrarouges aux lasers verts d'une longueur d'onde de 532 nm réduit considérablement la réflectivité. Le laser d'une longueur d'onde de 532 nm permet un couplage continu du faisceau laser au matériau en cuivre, stabilisant ainsi le processus de soudage. L'effet de soudage sur le cuivre avec un laser à 532 nm est comparable à celui d'un laser à 1064 nm sur l'acier.

En Chine, la puissance commerciale des lasers verts a atteint 500 watts, tandis qu'à l'échelle internationale, elle a atteint 3 000 watts. L’effet de soudage est particulièrement important dans les composants des batteries au lithium. Ces dernières années, le soudage laser vert du cuivre, en particulier dans le secteur des nouvelles énergies, est devenu un point fort.

Actuellement, une entreprise chinoise a développé avec succès un laser vert entièrement couplé à des fibres, d'une puissance de 1 000 watts, élargissant considérablement les applications potentielles du soudage du cuivre. Le produit est bien accueilli sur le marché.

Au cours des trois dernières années, la nouvelle technologie du laser bleu a attiré l’attention de l’industrie. Les lasers bleus, d'une longueur d'onde d'environ 450 nm, se situent entre les lasers ultraviolets et verts. L'absorption du laser bleu sur le cuivre est meilleure que celle du laser vert, réduisant la réflectivité à moins de 35 %.

Le soudage au laser bleu peut être utilisé à la fois pour le soudage par conduction thermique et le soudage par pénétration profonde, permettant d'obtenir un « soudage sans éclaboussures » et de réduire la porosité de la soudure. En plus d'améliorer la qualité, le soudage au laser bleu du cuivre offre également des avantages significatifs en termes de vitesse, étant au moins cinq fois plus rapide que le soudage au laser infrarouge. L'effet obtenu avec un laser infrarouge de 3 000 watts peut être obtenu avec un laser bleu de 500 watts, ce qui permet d'économiser considérablement de l'énergie et de l'électricité.

Fabricants de lasers qui développent des lasers bleus

Les principaux fabricants de lasers bleus comprennent Laserline, Nuburu, United Winners, BWT et Han's Laser. Actuellement, les lasers bleus adoptent la technologie des semi-conducteurs couplés à des fibres, dont la densité énergétique est légèrement en retard. Par conséquent, certaines entreprises ont développé le soudage composite à double faisceau pour obtenir de meilleurs effets de soudage du cuivre. Le soudage à double faisceau implique l'utilisation simultanée de faisceaux laser bleus et de faisceaux laser infrarouges pour le soudage du cuivre, avec des positions relatives soigneusement ajustées des deux points de faisceau pour résoudre les problèmes de réflectivité élevée tout en garantissant une densité d'énergie suffisante.

Comprendre les propriétés des matériaux est crucial lors de l’application ou du développement de technologies laser. Qu'ils utilisent des lasers bleus ou verts, les deux peuvent améliorer l'absorption des lasers par le cuivre, bien que les lasers bleus et verts de haute puissance soient actuellement coûteux. On pense qu’à mesure que les techniques de traitement évoluent et que les coûts opérationnels des lasers bleus ou verts diminuent de manière appropriée, la demande du marché va véritablement augmenter.

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