Saldatura laser di materiali in rame: laser blu contro laser verde

La saldatura laser è una tecnica di lavorazione ad alta efficienza emergente. Il processo di lavorazione laser è il risultato dell'interazione tra uno specifico fascio di energia e il materiale. I materiali sono generalmente classificati in metalli e non metalli. I materiali metallici includono acciaio, ferro, rame, alluminio e le loro leghe correlate, mentre i materiali non metallici includono vetro, legno, plastica, tessuto e materiali fragili. La produzione laser è applicata in molti settori, ma finora il suo utilizzo si è concentrato principalmente su queste categorie di materiali.

L'industria laser deve rafforzare la ricerca sulle proprietà dei materiali

In Cina, il rapido sviluppo dell'industria laser è trainato da una forte domanda di applicazioni. Tuttavia, la maggior parte dei produttori di apparecchiature laser si concentra principalmente sull'interazione tra il raggio laser e i componenti meccanici, e alcuni prendono in considerazione l'automazione delle apparecchiature. Vi è una carenza di ricerca sui materiali, ad esempio per determinare quali parametri del fascio siano adatti ai diversi materiali. Questa lacuna nella ricerca fa sì che alcune aziende sviluppino nuove apparecchiature ma non possano esplorarne nuove applicazioni. Molte aziende laser dispongono di ingegneri ottici e meccanici, ma pochi di ingegneri dei materiali, il che evidenzia l'urgente necessità di ulteriori ricerche sulle proprietà dei materiali.

L'elevata riflettività del rame favorisce lo sviluppo della tecnologia laser verde e blu

Nei materiali metallici, la lavorazione laser di acciaio e ferro è stata ampiamente esplorata. Tuttavia, la lavorazione di materiali ad alta riflettività, in particolare rame e alluminio, è ancora in fase di sperimentazione. Il rame è ampiamente utilizzato in cavi, elettrodomestici, elettronica di consumo, apparecchiature elettriche, componenti elettronici e batterie grazie alla sua eccellente conduttività termica ed elettrica. Nonostante molti anni di sforzi, la tecnologia laser ha faticato a lavorare il rame a causa delle sue proprietà.

In primo luogo, il rame ha un'elevata riflettività, con un tasso di riflettività del 90% per il comune laser a infrarossi da 1064 nm. In secondo luogo, l'eccellente conduttività termica del rame fa sì che il calore si dissipi rapidamente, rendendo difficile ottenere l'effetto di lavorazione desiderato. In terzo luogo, per la lavorazione sono necessari laser ad alta potenza, il che può portare alla deformazione del rame. Anche se la saldatura è completata, difetti e saldature incomplete sono comuni.

Dopo anni di esplorazione, si è scoperto che i laser con lunghezze d'onda più corte, come i laser verdi e blu, sono più adatti alla saldatura del rame. Questo ha spinto lo sviluppo della tecnologia laser verde e blu.

Passando dai laser a infrarossi ai laser verdi con lunghezza d'onda di 532 nm, la riflettività si riduce significativamente. Il laser a 532 nm consente l'accoppiamento continuo del raggio laser al materiale in rame, stabilizzando il processo di saldatura. L'effetto di saldatura sul rame con un laser a 532 nm è paragonabile a quello di un laser a 1064 nm sull'acciaio.

In Cina, la potenza commerciale dei laser verdi ha raggiunto i 500 watt, mentre a livello internazionale ha raggiunto i 3000 watt. L'effetto di saldatura è particolarmente significativo nei componenti delle batterie al litio. Negli ultimi anni, la saldatura laser verde del rame, soprattutto nel settore delle nuove energie, è diventata un'attività di punta.

Attualmente, un'azienda cinese ha sviluppato con successo un laser verde completamente accoppiato a fibra ottica con una potenza di 1000 watt, ampliando notevolmente le potenziali applicazioni della saldatura del rame. Il prodotto è stato ben accolto dal mercato.

Negli ultimi tre anni, la nuova tecnologia laser blu ha attirato l'attenzione del settore. I laser blu, con una lunghezza d'onda di circa 450 nm, si collocano tra i laser ultravioletti e quelli verdi. L'assorbimento del laser blu sul rame è migliore rispetto a quello del laser verde, riducendo la riflettività a meno del 35%.

La saldatura laser blu può essere utilizzata sia per la saldatura a conduzione termica che per la saldatura a penetrazione profonda, ottenendo una "saldatura senza spruzzi" e riducendo la porosità della saldatura. Oltre a migliorare la qualità, la saldatura laser blu del rame offre anche significativi vantaggi in termini di velocità, essendo almeno cinque volte più veloce della saldatura laser a infrarossi. L'effetto ottenuto con un laser a infrarossi da 3000 watt può essere ottenuto con un laser blu da 500 watt, con un notevole risparmio di energia ed elettricità.

Produttori di laser che sviluppano laser blu

I principali produttori di laser blu includono Laserline, Nuburu, United Winners, BWT e Han's Laser. Attualmente, i laser blu adottano la tecnologia a semiconduttore accoppiato in fibra, che presenta un leggero ritardo in termini di densità energetica. Pertanto, alcune aziende hanno sviluppato la saldatura composita a doppio fascio per ottenere migliori effetti di saldatura del rame. La saldatura a doppio fascio prevede l'utilizzo simultaneo di raggi laser blu e raggi laser a infrarossi per la saldatura del rame, con posizioni relative attentamente regolate dei due punti del fascio per risolvere i problemi di elevata riflettività e garantire al contempo una densità energetica sufficiente.

La comprensione delle proprietà dei materiali è fondamentale quando si applicano o si sviluppano tecnologie laser. Sia che si utilizzino laser blu o verdi, entrambi possono migliorare l'assorbimento del rame da parte dei laser, sebbene i laser blu e verdi ad alta potenza siano attualmente costosi. Si ritiene che, con il perfezionamento delle tecniche di lavorazione e la conseguente riduzione dei costi operativi dei laser blu o verdi, la domanda di mercato aumenterà notevolmente.

Raffreddamento efficiente per laser blu e verdi

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