Soudage laser des matériaux en cuivre : laser bleu vs laser vert

Le soudage laser est une technique d'usinage émergente à haut rendement. L'usinage laser résulte de l'interaction entre un faisceau d'énergie spécifique et le matériau. Les matériaux sont généralement classés en métaux et non-métaux. Les métaux comprennent l'acier, le fer, le cuivre, l'aluminium et leurs alliages, tandis que les non-métaux comprennent le verre, le bois, le plastique, le tissu et les matériaux fragiles. La fabrication laser est utilisée dans de nombreux secteurs, mais jusqu'à présent, son application se limite principalement à 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 laser est stimulé 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 même l'automatisation des équipements. La recherche sur les matériaux est insuffisante, notamment pour déterminer les paramètres de faisceau adaptés à différents matériaux. Ce manque de recherche signifie que certaines entreprises développent de nouveaux équipements sans pouvoir explorer leurs nouvelles applications. De nombreuses entreprises du secteur laser emploient des ingénieurs en optique et en mécanique, mais peu d'ingénieurs en science des matériaux, ce qui souligne l'urgence de poursuivre la recherche sur les propriétés des matériaux.

La haute réflectivité du cuivre favorise le développement de la technologie laser verte et bleue

Dans le domaine des matériaux métalliques, le traitement laser de l'acier et du fer a été largement exploré. Cependant, le traitement des matériaux à haute réflectivité, notamment le cuivre et l'aluminium, reste 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 peine à traiter le cuivre en raison de ses propriétés.

Premièrement, le cuivre présente une réflectivité élevée, avec un taux de réflectivité de 90 % pour le laser infrarouge courant à 1064 nm. Deuxièmement, son excellente conductivité thermique entraîne une dissipation rapide de la chaleur, ce qui complique l'obtention de l'effet de traitement souhaité. Troisièmement, l'usinage nécessite des lasers de plus forte puissance, ce qui peut entraîner une déformation du cuivre. Même une fois le soudage terminé, des défauts et des soudures incomplètes sont fréquents.

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

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

En Chine, la puissance commerciale des lasers verts atteint 500 watts, tandis qu'à l'international, elle atteint 3 000 watts. L'efficacité du soudage est particulièrement significative pour les composants de batteries au lithium. Ces dernières années, le soudage laser vert du cuivre, notamment dans le secteur des nouvelles énergies, est devenu un enjeu majeur.

Une entreprise chinoise a développé avec succès un laser vert entièrement couplé à la fibre, d'une puissance de 1 000 watts, élargissant considérablement le champ d'application du soudage du cuivre. Ce produit est très bien accueilli sur le marché.

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

Le soudage laser bleu peut être utilisé aussi bien pour le soudage par conduction thermique que pour le soudage à pénétration profonde, permettant ainsi un soudage sans projections et une réduction de la porosité. Outre une meilleure qualité, le soudage laser bleu du cuivre offre également des avantages considérables en termes de rapidité, étant au moins cinq fois plus rapide que le soudage laser infrarouge. L'effet obtenu avec un laser infrarouge de 3 000 watts peut être reproduit avec un laser bleu de 500 watts, ce qui permet de réaliser d'importantes économies d'énergie et d'électricité.

Fabricants de lasers qui développent des lasers bleus

Parmi les principaux fabricants de lasers bleus figurent Laserline, Nuburu, United Winners, BWT et Han's Laser. Actuellement, les lasers bleus utilisent la technologie des semi-conducteurs couplés à la fibre, légèrement moins performante en termes de densité énergétique. C'est pourquoi certaines entreprises ont développé le soudage composite à double faisceau pour obtenir de meilleurs résultats de soudage du cuivre. Ce procédé consiste à utiliser simultanément des faisceaux laser bleu et infrarouge pour le soudage du cuivre, avec un réglage précis de la position relative des deux points de faisceau afin de résoudre les problèmes de réflectivité élevée tout en garantissant une densité énergétique suffisante.

La compréhension des propriétés des matériaux est essentielle à l'application ou au développement des technologies laser. Qu'ils soient bleus ou verts, les lasers peuvent tous deux améliorer l'absorption des lasers par le cuivre, bien que les lasers bleus et verts de forte puissance soient actuellement coûteux. On estime qu'avec la maturité des techniques de traitement et la baisse des coûts d'exploitation des lasers bleus et verts, la demande du marché devrait connaître une forte croissance.

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