銅材料のレーザー溶接：青色レーザーVS緑色レーザー

レーザー溶接は、新興の高効率加工技術です。レーザー加工のプロセスは、特定のエネルギービームと材料との相互作用によって生じます。材料は一般的に金属と非金属に分類されます。金属材料には、鋼、鉄、銅、アルミニウム、およびそれらの関連合金が含まれ、非金属材料にはガラス、木材、プラスチック、布地、脆性材料が含まれます。レーザー製造は多くの産業で応用されていますが、これまでのところ、その応用は主にこれらの材料カテゴリーに限られています。

レーザー産業は材料特性の研究を強化する必要がある

中国では、レーザー産業の急速な発展は、膨大なアプリケーション需要に牽引されています。しかし、ほとんどのレーザー機器メーカーは、レーザービームと機械部品の相互作用に主眼を置いており、機器の自動化を検討しているメーカーも一部あります。材料に関する研究、例えば、様々な材料に適したビームパラメータの決定などは不足しています。この研究ギャップは、一部の企業が新しい機器を開発しても、その新しい用途を開拓できないことを意味しています。多くのレーザー企業は光学エンジニアと機械エンジニアを抱えていますが、材料科学エンジニアは不足しており、材料特性に関する研究のさらなる深化が急務となっています。

銅の高い反射率は緑色と青色のレーザー技術の発展を促進する

金属材料においては、鋼や鉄のレーザー加工は既に広く研究されています。しかし、高反射率材料、特に銅やアルミニウムの加工については、未だ研究が進められています。銅は優れた熱伝導性と電気伝導性を持つことから、ケーブル、家電製品、民生用電子機器、電気機器、電子部品、電池などに広く使用されています。長年の努力にもかかわらず、レーザー技術は銅の特性のために加工に苦労してきました。

まず、銅は反射率が高く、一般的な1064nmの赤外線レーザーでは90%の反射率を示します。次に、銅は熱伝導性に優れているため、熱が急速に放散し、所望の加工効果を得ることが困難です。さらに、加工にはより高出力のレーザーが必要となるため、銅が変形する可能性があります。また、溶接が完了しても、欠陥や不完全な溶接が発生することがよくあります。

長年の研究の結果、緑色レーザーや青色レーザーといった波長の短いレーザーが銅の溶接に適していることが判明しました。これが緑色レーザーと青色レーザー技術の開発を促進しました。

赤外線レーザーから波長532nmのグリーンレーザーに切り替えることで、反射率が大幅に低下します。波長532nmのレーザーは、レーザービームを銅材料に連続的に照射できるため、溶接プロセスを安定化させます。532nmレーザーによる銅への溶接効果は、1064nmレーザーによる鋼材への溶接効果に匹敵します。

中国では、緑色レーザーの商用出力は500ワットに達し、国際的には3000ワットに達しています。その溶接効果は、特にリチウム電池部品において顕著です。近年、銅の緑色レーザー溶接は、特に新エネルギー産業において注目を集めています。

現在、中国企業が出力1000ワットの完全ファイバー結合型緑色レーザーの開発に成功し、銅溶接の潜在的用途を大幅に拡大しています。この製品は市場で好評を博しています。

過去3年間、新たな青色レーザー技術が業界の注目を集めています。波長約450nmの青色レーザーは、紫外線レーザーと緑色レーザーの中間に位置します。銅に対する青色レーザーの吸収率は緑色レーザーよりも優れており、反射率は35%未満に抑えられます。

青色レーザー溶接は、熱伝導溶接と深溶け込み溶接の両方に使用でき、「スパッタフリー溶接」を実現し、溶接部のポロシティを低減します。銅の青色レーザー溶接は、品質向上に加え、赤外線レーザー溶接の少なくとも5倍の速度という大きな速度上の利点も備えています。3000ワットの赤外線レーザーで得られる効果は、500ワットの青色レーザーでも実現できるため、エネルギーと電力を大幅に節約できます。

青色レーザーを開発するレーザーメーカー

青色レーザーの主要メーカーには、Laserline、Nuburu、United Winners、BWT、Han's Laserなどがあります。現在、青色レーザーはファイバー結合型半導体技術を採用していますが、エネルギー密度が若干劣っています。そのため、一部の企業は、銅溶接効果を向上させるためにデュアルビーム複合溶接を開発しました。デュアルビーム溶接では、青色レーザービームと赤外線レーザービームを同時に使用して銅溶接を行い、2つのビームスポットの相対位置を慎重に調整することで、高い反射率の問題を解決しながら十分なエネルギー密度を確保しています。

レーザー技術の適用や開発においては、材料特性を理解することが不可欠です。青色レーザーと緑色レーザーのどちらを使用しても、銅のレーザー吸収を高めることができますが、高出力の青色レーザーと緑色レーザーは現在高価です。加工技術が成熟し、青色レーザーや緑色レーザーの運用コストが適切に低下するにつれて、市場の需要は急増すると考えられます。

青色および緑色レーザーの効率的な冷却

青色レーザーと緑色レーザーは動作中に大量の熱を発生するため、堅牢な冷却ソリューションが必要です。22年の経験を持つチラーメーカーのリーディングカンパニーであるTEYU Chillerは、幅広い産業用途およびレーザー用途向けにカスタマイズされた冷却ソリューションを提供しています。当社のCWFLシリーズ水冷チラーは、青色レーザーおよび緑色レーザープロセスで使用されるファイバーレーザーシステムを含む、高精度かつ効率的な冷却を実現するために特別に設計されています。レーザー機器特有の冷却ニーズを理解することで、生産性の向上と機器の安全性確保に貢献する、強力で信頼性の高いチラーを提供しています。

TEYUチラーは、レーザー冷却技術の最前線に立ち続けることに尽力しています。青色および緑色レーザーの業界動向と革新を常に注視し、技術革新を推進することで生産性の向上を図り、レーザー業界の進化する冷却要件を満たす革新的なチラーの生産を加速させています。