Laserlassen van kopermaterialen: blauwe laser versus groene laser

Laserlassen is een opkomende, zeer efficiënte verwerkingstechniek. Het proces van laserbewerking is het resultaat van de interactie tussen een specifieke energiebundel en het materiaal. Materialen worden over het algemeen gecategoriseerd in metalen en niet-metalen. Metalen materialen zijn onder meer staal, ijzer, koper, aluminium en hun verwante legeringen. Niet-metalen materialen zijn onder meer glas, hout, plastic, textiel en brosse materialen. 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 gestimuleerd door een grote vraag naar toepassingen. De meeste fabrikanten van laserapparatuur richten zich echter vooral op de interactie tussen de laserstraal en de mechanische componenten. Sommigen richten zich echter ook op automatisering van de apparatuur. Er is een gebrek aan onderzoek naar materialen, bijvoorbeeld naar de vraag welke straalparameters geschikt zijn voor verschillende materialen. Door deze leemte in het onderzoek ontwikkelen sommige bedrijven nieuwe apparatuur, maar kunnen ze de nieuwe toepassingen ervan niet onderzoeken. Veel laserbedrijven hebben optische en werktuigbouwkundige ingenieurs in dienst, maar slechts weinig materiaalkundig ingenieurs. Dit onderstreept de dringende behoefte aan meer onderzoek naar materiaaleigenschappen.

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

Op het gebied van metalen is de laserbewerking van staal en ijzer al goed onderzocht. Er wordt echter nog steeds onderzoek gedaan naar de verwerking van materialen met een hoog reflecterend vermogen, met name koper en aluminium. 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 is het nog steeds moeilijk om koper met behulp van lasertechnologie te verwerken, vanwege de eigenschappen van koper.

Ten eerste heeft koper een hoog reflectievermogen, 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 lastig is om het gewenste verwerkingsresultaat te bereiken. Ten derde zijn er voor de bewerking lasers met een hoger vermogen nodig, wat tot kopervervorming kan leiden. Zelfs als het lassen goed is uitgevoerd, komen er vaak fouten en onvolledige lassen 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 geleid tot de ontwikkeling van groene en blauwe lasertechnologie.

Bij de overstap van infraroodlasers naar groene lasers met een golflengte van 532 nm wordt de reflectiviteit aanzienlijk verminderd. 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 532 nm laser is vergelijkbaar met dat van een 1064 nm laser op staal.

In China bedraagt het commerciële vermogen van groene lasers 500 watt, terwijl dit internationaal 3000 watt is. Het laseffect is vooral merkbaar bij onderdelen van lithium-ionbatterijen. De laatste jaren is het groen laserlassen van koper een begrip geworden, vooral in de nieuwe energiesector.

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

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

Blauw laserlassen kan worden gebruikt voor zowel thermisch geleidingslassen als dieppenetratielassen, waardoor “spatvrij lassen” en het verminderen van de porositeit van de las. Naast de kwaliteitsverbetering biedt het lassen van koper met blauwe laser ook aanzienlijke snelheidsvoordelen. Het is namelijk maar liefst vijf keer sneller dan lassen met infraroodlaser. Het effect dat met een infraroodlaser van 3000 watt wordt bereikt, kan ook met een blauwe laser van 500 watt worden bereikt. U bespaart hiermee aanzienlijk op energie en elektriciteit.

Laserfabrikanten die blauwe lasers ontwikkelen

Toonaangevende fabrikanten van blauwe lasers zijn onder meer Laserline, Nuburu, United Winners, BWT en Han's Laser. Momenteel maken blauwe lasers gebruik van de glasvezelgekoppelde halfgeleidertechnologie, die iets achterblijft qua energiedichtheid. Daarom hebben sommige bedrijven een dubbelbalkcomposietlassysteem ontwikkeld om betere koperlasresultaten te bereiken. Bij dubbelstraalslassen worden tegelijkertijd blauwe en infrarode laserstralen gebruikt voor het lassen van koper. De relatieve posities van de twee laserpunten worden nauwkeurig afgesteld 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 er nu blauwe of groene lasers worden gebruikt, beide kunnen de absorptie van lasers door koper verbeteren. Blauwe en groene lasers met een hoog vermogen zijn momenteel echter nog duur. Men verwacht dat naarmate de verwerkingstechnieken zich verder ontwikkelen en de operationele kosten van blauwe of groene lasers dalen, de vraag op de markt echt zal toenemen.

Efficiënte koeling voor blauwe en groene lasers

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

TEYU Chiller streeft ernaar om toonaangevend te blijven op het gebied van laserkoeltechnologie. Wij houden voortdurend de trends en innovaties in de sector op het gebied van blauwe en groene lasers in de gaten. Zo stimuleren we technologische vooruitgang om de productiviteit te verhogen en de productie van innovatieve koelers te versnellen, zodat we kunnen voldoen aan de veranderende koelvereisten van de laserindustrie.