Laserlassen van kopermaterialen: blauwe laser versus groene laser

Laserlassen is een opkomende, zeer efficiënte bewerkingstechniek. Het proces van laserbewerking is het resultaat van de interactie tussen een specifieke energiebundel en het materiaal. Materialen worden over het algemeen onderverdeeld in metalen en niet-metalen. Metalen materialen omvatten staal, ijzer, koper, aluminium en hun verwante legeringen, terwijl niet-metalen materialen glas, hout, kunststof, textiel en brosse materialen omvatten. Laserfabricage wordt in veel industrieën toegepast, maar tot nu toe ligt de toepassing voornamelijk binnen deze materiaalcategorieën.

De laserindustrie moet het onderzoek naar materiaaleigenschappen versterken

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, en sommigen overwegen automatisering van de apparatuur. 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 verkennen. Veel laserbedrijven hebben optische en mechanische ingenieurs in dienst, maar weinig ingenieurs in de materiaalkunde, wat de dringende behoefte aan meer onderzoek naar materiaaleigenschappen onderstreept.

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

Laserbewerking van staal en ijzer is al uitgebreid onderzocht in metalen materialen. De verwerking van hoogreflecterende 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 de uitstekende thermische en elektrische geleidbaarheid. Ondanks jarenlange inspanningen heeft de lasertechnologie moeite gehad met de verwerking van koper vanwege de eigenschappen ervan.

Ten eerste heeft koper een hoge reflectiviteit, met een reflectiepercentage van 90% voor de gangbare 1064 nm infraroodlaser. Ten tweede zorgt de uitstekende thermische geleidbaarheid van koper ervoor dat warmte snel wordt afgevoerd, waardoor het moeilijk is om het gewenste verwerkingseffect te bereiken. Ten derde zijn lasers met een hoger vermogen nodig voor de verwerking, wat kan leiden tot kopervervorming. Zelfs na een voltooide las komen defecten en onvolledige lassen vaak voor.

Na jarenlang 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.

Overschakelen van infraroodlasers naar groene lasers met een golflengte van 532 nm vermindert de reflectie aanzienlijk. De laser met een golflengte van 532 nm zorgt voor een continue koppeling van de laserstraal aan het kopermateriaal, waardoor het lasproces wordt gestabiliseerd. Het laseffect op koper met een laser van 532 nm is vergelijkbaar met dat van een laser van 1064 nm op staal.

In China heeft het commerciële vermogen van groene lasers 500 watt bereikt, terwijl dit internationaal 3000 watt is. Het laseffect is vooral significant in componenten van lithiumbatterijen. De laatste jaren is het lassen van koper met groene lasers een hoogtepunt geworden, met name in de nieuwe energiesector.

Een Chinees bedrijf heeft onlangs met succes een volledig glasvezelgekoppelde groene laser met een vermogen van 1000 watt ontwikkeld, waarmee de potentiële toepassingen voor koperlassen aanzienlijk worden uitgebreid. Het product wordt goed ontvangen in de markt.

In de afgelopen drie jaar heeft nieuwe blauwe lasertechnologie de aandacht van de industrie getrokken. Blauwe lasers, met een golflengte van ongeveer 450 nm, vallen tussen ultraviolet en groene lasers in. De absorptie van blauwe lasers op koper is beter dan die van groene lasers, waardoor de reflectie tot onder de 35% daalt.

Blauw laserlassen kan worden gebruikt voor zowel thermisch geleidingslassen als dieppenetratielassen, waardoor spatvrij lassen mogelijk is en de porositeit van de las wordt verminderd. Naast kwaliteitsverbetering biedt blauw laserlassen van koper ook aanzienlijke snelheidsvoordelen, aangezien het minstens vijf keer sneller is dan infraroodlaserlassen. Het effect dat met een infraroodlaser van 3000 watt wordt bereikt, kan worden bereikt met een blauwe laser van 500 watt, 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. Blauwe lasers maken momenteel gebruik van de glasvezelgekoppelde halfgeleidertechnologie, die een lichte achterstand heeft in energiedichtheid. Daarom hebben sommige bedrijven composietlassen met dubbele bundel ontwikkeld om betere koperlasresultaten te bereiken. Bij dubbelbundellassen worden blauwe en infrarode laserstralen gelijktijdig gebruikt voor koperlassen, met zorgvuldig aangepaste relatieve posities van de twee bundelpunten om problemen met hoge reflectiviteit op te lossen en tegelijkertijd voldoende energiedichtheid te garanderen.

Inzicht in materiaaleigenschappen is cruciaal bij het toepassen of ontwikkelen van lasertechnologieën. Of het nu gaat om blauwe of groene lasers, beide kunnen de absorptie van koper door lasers verbeteren, hoewel krachtige blauwe en groene lasers momenteel duur zijn. Verwacht wordt dat naarmate de verwerkingstechnieken zich verder ontwikkelen en de operationele kosten van blauwe of groene lasers naar behoren 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 nodig zijn. TEYU Chiller, een toonaangevende fabrikant van koelmachines met 22 jaar ervaring, biedt koeloplossingen op maat voor een breed scala aan industriële en lasertoepassingen. Onze waterkoelers uit de CWFL-serie zijn speciaal ontworpen voor nauwkeurige en efficiënte koeling van fiberlasersystemen, waaronder systemen die worden gebruikt in blauwe en groene laserprocessen. Door de unieke koelvereisten van laserapparatuur te begrijpen, leveren we krachtige en betrouwbare koelmachines om de productiviteit te verhogen en apparatuur te beschermen.

TEYU Chiller blijft zich inzetten om toonaangevend te blijven op het gebied van laserkoeltechnologie. We volgen continu de trends en innovaties in de sector op het gebied van blauwe en groene lasers en stimuleren technologische vooruitgang om de productiviteit te verhogen en de productie van innovatieve koelmachines te versnellen om te voldoen aan de veranderende koelvereisten van de laserindustrie.