ריתוך לייזר של חומרי נחושת: לייזר כחול לעומת לייזר ירוק

ריתוך בלייזר היא טכניקת עיבוד מתפתחת ובעלת יעילות גבוהה. תהליך עיבוד שבבי בלייזר הוא תוצאה של אינטראקציה בין קרן אנרגיה ספציפית לבין החומר. חומרים מסווגים בדרך כלל למתכות ולא מתכות. חומרים מתכתיים כוללים פלדה, ברזל, נחושת, אלומיניום וסגסוגות קשורות להם, בעוד שחומרים שאינם מתכתיים כוללים זכוכית, עץ, פלסטיק, בד וחומרים שבירים. ייצור לייזר מיושם בתעשיות רבות, אך עד כה, היישום שלו הוא בעיקר בקטגוריות חומרים אלו.

תעשיית הלייזר צריכה לחזק את המחקר על תכונות חומרים

בסין, ההתפתחות המהירה של תעשיית הלייזר מונעת על ידי ביקוש גדול ליישומים. עם זאת, רוב יצרני ציוד הלייזר מתמקדים בעיקר באינטראקציה בין קרן הלייזר לרכיבים מכניים, כאשר חלקם שוקלים אוטומציה של הציוד. קיים מחסור במחקר על חומרים, כגון קביעת אילו פרמטרי קרן מתאימים לחומרים שונים. פער זה במחקר פירושו שחלק מהחברות מפתחות ציוד חדש אך אינן יכולות לחקור את היישומים החדשים שלו. חברות לייזר רבות מעסיקות מהנדסים אופטיים ומכניים אך מעט מהנדסי מדעי החומרים, דבר המדגיש את הצורך הדחוף במחקר נוסף על תכונות חומרים.

ההחזרה הגבוהה של נחושת מקדמת פיתוח טכנולוגיית לייזר ירוק וכחול

בחומרי מתכת, עיבוד לייזר של פלדה וברזל נחקר היטב. עם זאת, עיבוד חומרים בעלי רפלקטיביות גבוהה, במיוחד נחושת ואלומיניום, עדיין נחקר. נחושת נמצאת בשימוש נרחב בכבלים, מכשירי חשמל ביתיים, מוצרי אלקטרוניקה, ציוד חשמלי, רכיבים אלקטרוניים וסוללות בשל המוליכות התרמית והחשמלית המעולה שלה. למרות שנים רבות של מאמץ, טכנולוגיית הלייזר התקשתה לעבד נחושת בשל תכונותיה.

ראשית, לנחושת יש החזרה גבוהה, עם שיעור החזרה של 90% עבור לייזר אינפרא אדום נפוץ של 1064 ננומטר. שנית, המוליכות התרמית המצוינת של נחושת גורמת לפיזור מהיר של חום, מה שמקשה על השגת אפקט העיבוד הרצוי. שלישית, נדרשים לייזרים בעלי עוצמה גבוהה יותר לעיבוד, מה שעלול להוביל לעיוות נחושת. אפילו אם הריתוך הושלם, פגמים וריתוכים לא שלמים שכיחים.

לאחר שנים של מחקר, נמצא כי לייזרים בעלי אורכי גל קצרים יותר, כגון לייזרים ירוקים וכחולים, מתאימים יותר לריתוך נחושת. זה הניע את פיתוח טכנולוגיית הלייזר הירוק והכחול.

מעבר מלייזרים אינפרא אדום ללייזרים ירוקים בעלי אורך גל של 532 ננומטר מפחית משמעותית את ההחזרה. לייזר באורך גל של 532 ננומטר מאפשר צימוד רציף של קרן הלייזר לחומר הנחושת, ובכך מייצב את תהליך הריתוך. אפקט הריתוך על נחושת עם לייזר 532 ננומטר דומה לזה של לייזר 1064 ננומטר על פלדה.

בסין, ההספק המסחרי של לייזרים ירוקים הגיע ל-500 וואט, בעוד שבעולם הוא הגיע ל-3000 וואט. אפקט הריתוך משמעותי במיוחד ברכיבי סוללות ליתיום. בשנים האחרונות, ריתוך נחושת בלייזר ירוק, במיוחד בתעשיית האנרגיה החדשה, הפך לנקודת שיא.

כיום, חברה סינית פיתחה בהצלחה לייזר ירוק מצומד לסיבים מלאים עם הספק של 1000 וואט, מה שמרחיב מאוד את היישומים הפוטנציאליים לריתוך נחושת. המוצר מתקבל יפה בשוק.

בשלוש השנים האחרונות, טכנולוגיית לייזר כחול חדשה משכה תשומת לב בתעשייה. לייזרים כחולים, בעלי אורך גל של כ-450 ננומטר, נופלים בין לייזרים אולטרה סגולים לירוקים. בליעת לייזר כחול על נחושת טובה יותר מלייזר ירוק, ומפחיתה את ההחזרה מתחת ל-35%.

ניתן להשתמש בריתוך בלייזר כחול הן לריתוך הולכה תרמית והן לריתוך חדירה עמוקה, ובכך להשיג “ריתוך ללא התזה” והפחתת נקבוביות הריתוך. מלבד שיפור האיכות, ריתוך נחושת בלייזר כחול מציע גם יתרונות משמעותיים במהירות, והוא מהיר לפחות פי חמישה מריתוך בלייזר אינפרא אדום. את האפקט המושג באמצעות לייזר אינפרא אדום של 3000 וואט ניתן להשיג באמצעות לייזר כחול של 500 וואט, ובכך לחסוך משמעותית באנרגיה ובחשמל.

יצרני לייזר המפתחים לייזרים כחולים

בין היצרנים המובילים של לייזרים כחולים נמנים Laserline, Nuburu, United Winners, BWT ו-Han's Laser. כיום, לייזרים כחולים מאמצים את טכנולוגיית המוליכים למחצה מצומדים לסיבים, אשר מפגרת מעט בצפיפות האנרגיה. לכן, חברות מסוימות פיתחו ריתוך מרוכב דו-קרן כדי להשיג אפקטים טובים יותר של ריתוך נחושת. ריתוך כפול-קרן כרוך בשימוש בו-זמני בקרני לייזר כחולות ובקרני לייזר אינפרא-אדומות לריתוך נחושת, עם התאמה מדוקדקת של המיקומים היחסיים של שתי נקודות הקרן כדי לפתור בעיות של החזרה גבוהה תוך הבטחת צפיפות אנרגיה מספקת.

הבנת תכונות חומרים היא קריטית בעת יישום או פיתוח טכנולוגיות לייזר. בין אם משתמשים בלייזרים כחולים או ירוקים, שניהם יכולים לשפר את ספיגת הנחושת בלייזרים, אם כי לייזרים כחולים וירוקים בעלי עוצמה גבוהה יקרים כיום. ההערכה היא שככל שטכניקות העיבוד יתבגרו ועלויות התפעול של לייזרים כחולים או ירוקים ירדו בהתאם, הביקוש בשוק יעלה משמעותית.

קירור יעיל ללייזרים כחולים וירוקים

לייזרים כחולים וירוקים מייצרים חום משמעותי במהלך הפעולה, מה שמצריך פתרונות קירור חזקים. צ'ילר TEYU, חברה מובילה יצרן צ'ילרים  עם 22 שנות ניסיון, מספקת פתרונות קירור מותאמים אישית למגוון רחב של יישומים תעשייתיים ולייזר. סדרת CWFL שלנו צ'ילרי מים  מתוכננים במיוחד להציע קירור מדויק ויעיל למערכות לייזר סיב, כולל אלו המועסקות בתהליכי לייזר כחול וירוק. על ידי הבנת דרישות הקירור הייחודיות של ציוד לייזר, אנו מספקים צ'ילרים חזקים ואמינים לשיפור הפרודוקטיביות והגנה על הציוד 

TEYU Chiller ממשיכה מחויבת להישאר בחזית טכנולוגיית קירור הלייזר. אנו עוקבים באופן רציף אחר מגמות וחידושים בתעשייה בלייזרים כחולים וירוקים, ומקדמים התקדמות טכנולוגית לקידום פרודוקטיביות חדשה והאצת ייצור צ'ילרים חדשניים כדי לעמוד בדרישות הקירור המתפתחות של תעשיית הלייזר.