Laserlassen van koper: blauwe laser versus groene laser

Laserlassen is een opkomende, zeer efficiënte bewerkingstechniek. Het laserbewerkingsproces is het resultaat van de interactie tussen een specifieke energiestraal en het materiaal. Materialen worden over het algemeen onderverdeeld in metalen en niet-metalen. Metalen omvatten staal, ijzer, koper, aluminium en hun legeringen, terwijl niet-metalen materialen glas, hout, kunststof, textiel en breekbare materialen omvatten. Laserbewerking wordt in veel industrieën toegepast, maar tot nu toe is de toepassing ervan voornamelijk beperkt tot deze materiaalcategorieën.

De laserindustrie moet het onderzoek naar materiaaleigenschappen intensiveren.

In China wordt de snelle ontwikkeling van de laserindustrie gedreven door een grote vraag naar toepassingen. De meeste fabrikanten van laserapparatuur richten zich echter voornamelijk op de interactie tussen de laserstraal en mechanische componenten, waarbij sommigen ook automatisering van de apparatuur overwegen. Er is een gebrek aan onderzoek naar materialen, zoals het bepalen welke straalparameters geschikt zijn voor verschillende materialen. Deze lacune in het onderzoek betekent dat sommige bedrijven nieuwe apparatuur ontwikkelen, maar de nieuwe toepassingen ervan niet kunnen onderzoeken. Veel laserbedrijven hebben optische en mechanische ingenieurs in dienst, maar weinig materiaalkundigen, wat de dringende behoefte aan meer onderzoek naar materiaaleigenschappen benadrukt.

De hoge reflectiviteit van koper bevordert de ontwikkeling van groene en blauwe lasertechnologie.

Bij metaalmaterialen is laserbewerking van staal en ijzer al uitgebreid onderzocht. De bewerking van sterk reflecterende materialen, met name koper en aluminium, is echter nog in ontwikkeling. Koper wordt veel gebruikt in kabels, huishoudelijke apparaten, consumentenelektronica, elektrische apparatuur, elektronische componenten en batterijen vanwege zijn uitstekende thermische en elektrische geleidbaarheid. Ondanks jarenlange inspanningen is het laserbewerken van koper, vanwege zijn eigenschappen, nog steeds een uitdaging.

Ten eerste heeft koper een hoge reflectiviteit, met een reflectiepercentage van 90% voor de gangbare 1064 nm infraroodlaser. Ten tweede zorgt de uitstekende warmtegeleiding van koper ervoor dat warmte snel wordt afgevoerd, waardoor het moeilijk is om het gewenste bewerkingsresultaat te bereiken. Ten derde zijn lasers met een hoger vermogen nodig voor de bewerking, wat kan leiden tot vervorming van het koper. Zelfs als het lassen is voltooid, komen defecten en onvolledige lassen vaak voor.

Na jaren van onderzoek is gebleken dat lasers met kortere golflengtes, zoals groene en blauwe lasers, geschikter zijn voor het lassen van koper. Dit heeft de ontwikkeling van groene en blauwe lasertechnologie gestimuleerd.

Het overschakelen van infraroodlasers naar groene lasers met een golflengte van 532 nm vermindert de reflectiviteit aanzienlijk. De laser met een golflengte van 532 nm maakt een continue koppeling van de laserstraal met het kopermateriaal mogelijk, waardoor het lasproces wordt gestabiliseerd. Het lasresultaat op koper met een 532 nm laser is vergelijkbaar met dat van een 1064 nm laser op staal.

In China heeft het commerciële vermogen van groene lasers 500 watt bereikt, terwijl het internationaal 3000 watt bedraagt. Het laseffect is met name significant bij componenten voor lithiumbatterijen. De laatste jaren is het lassen van koper met groene lasers, vooral in de nieuwe energie-industrie, een belangrijk aandachtspunt geworden.

Een Chinees bedrijf heeft onlangs met succes een volledig vezelgekoppelde groene laser met een vermogen van 1000 watt ontwikkeld, waardoor de potentiële toepassingen voor het lassen van koper aanzienlijk worden uitgebreid. Het product wordt goed ontvangen op de markt.

De afgelopen drie jaar heeft de nieuwe blauwe lasertechnologie veel aandacht in de industrie gekregen. Blauwe lasers, met een golflengte van ongeveer 450 nm, bevinden zich tussen ultraviolette en groene lasers. De absorptie van blauwe lasers op koper is beter dan die van groene lasers, waardoor de reflectiviteit tot onder de 35% wordt teruggebracht.

Blauwlaserlassen kan worden gebruikt voor zowel warmtegeleidingslassen als diepdoorlassen, waardoor "spatvrij lassen" mogelijk is en de porositeit van de las wordt verminderd. Naast de verbeterde kwaliteit biedt blauwlaserlassen van koper ook aanzienlijke snelheidsvoordelen; het is minstens vijf keer sneller dan infraroodlaserlassen. Het effect dat met een 3000-watt infraroodlaser wordt bereikt, kan worden behaald met een 500-watt blauwlaser, wat aanzienlijk energie en elektriciteit bespaart.

Laserfabrikanten die blauwe lasers ontwikkelen

Toonaangevende fabrikanten van blauwe lasers zijn onder andere Laserline, Nuburu, United Winners, BWT en Han's Laser. Momenteel maken blauwe lasers gebruik van vezelgekoppelde halfgeleidertechnologie, die qua energiedichtheid iets achterblijft. Daarom hebben sommige bedrijven een dubbele laserbundel ontwikkeld om betere resultaten te behalen bij het lassen van koper. Bij dubbele laserbundels worden tegelijkertijd blauwe en infrarode laserbundels gebruikt voor het lassen van koper. De relatieve posities van de twee bundels worden zorgvuldig afgesteld om problemen met hoge reflectiviteit op te lossen en tegelijkertijd een voldoende energiedichtheid te garanderen.

Inzicht in materiaaleigenschappen is cruciaal bij het toepassen of ontwikkelen van lasertechnologieën. Zowel blauwe als groene lasers kunnen de laserabsorptie van koper verbeteren, hoewel krachtige blauwe en groene lasers momenteel nog kostbaar zijn. Men verwacht dat naarmate de verwerkingstechnieken zich verder ontwikkelen en de operationele kosten van blauwe of groene lasers dienovereenkomstig dalen, de marktvraag sterk zal toenemen.

Efficiënte koeling voor blauwe en groene lasers

Blauwe en groene lasers genereren aanzienlijke warmte tijdens gebruik, waardoor robuuste koeloplossingen noodzakelijk zijn. TEYU Chiller, een toonaangevende fabrikant van koelinstallaties met 22 jaar ervaring, levert op maat gemaakte koeloplossingen voor een breed scala aan industriële en lasertoepassingen. Onze CWFL-serie waterkoelers is specifiek ontworpen om nauwkeurige en efficiënte koeling te bieden voor fiberlasersystemen , inclusief die welke worden gebruikt in blauwe en groene laserprocessen. Door de unieke koelbehoeften van laserapparatuur te begrijpen, leveren wij krachtige en betrouwbare koelinstallaties om de productiviteit te verhogen en de apparatuur te beschermen.

TEYU Chiller blijft zich inzetten om voorop te blijven lopen in laserkoelingstechnologie. We volgen continu de trends en innovaties in de industrie op het gebied van blauwe en groene lasers en stimuleren technologische vooruitgang om de productiviteit te verhogen en de productie van innovatieve koelinstallaties te versnellen die voldoen aan de veranderende koelbehoeften van de laserindustrie.