1. Matériau par rapport à la longueur d'onde laser
Depuis la naissance du premier laser en 1960, après plus de 60 ans de développement, le laser, comme le couteau le plus pointu et le plus précis, a été peu à peu utilisé dans nos vies.Le laser est combiné avec la biologie., le traitement médical et le diagnostic, et la science pharmaceutique, et a progressivement pénétré dans la vie quotidienne dans des aspects tels que le traitement au laser, la chirurgie au laser et le diagnostic au laser.Dans le domaine de la fabrication d'équipements, les équipements laser à haute puissance jouent un rôle de plus en plus important dans la découpe, le soudage, la mesure, le marquage et d'autres aspects des domaines de fabrication d'équipements haut de gamme tels que l'aviation, l'aérospatiale,les voituresEn ce qui concerne le micro-usinage fin, les lasers à impulsions ultra-coureuses jouent un rôle irremplaçable dans le forage, la gravure, la rainure, la texturation de surface, la modification de surface, le recadrage, le retraitage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage, le retouchage et le retouchage.nettoyage et autres aspects du photovoltaïqueLa technologie de la pompe à semi-conducteurs a rapidement évolué, et les lasers à longueur d'onde proche de l'infrarouge ont été introduits dans de nombreux domaines.après des années de développement, ont formé une chaîne industrielle complète et occupent une position centrale dans les applications de transformation industrielle.Le laser à fibre proche infrarouge 1um est devenu un type de laser largement utilisé en raison de sa large couverture de puissanceLe cuivre est le troisième métal le plus utilisé dans le monde après le fer et l'aluminium.Le cuivre est l'un des matériaux métalliques les plus utilisés dans le traitement industriel moderneLa structure de la demande des terminaux de la chaîne de l'industrie du cuivre couvre plus de 30 sous-secteurs, tels que l'aérospatiale, les trains à grande vitesse, les produits terminaux intelligents, les communications électroniques,et automobiles, et est la principale référence pour les applications industrielles haut de gamme. The 1 micron band infrared fiber laser currently used on a large scale has shortcomings such as large spatter and uncontrollable penetration depth in the processing of copper materials due to its weak absorption of copperLa figure 1 montre les courbes d'absorption des matériaux métalliques couramment utilisés pour les lasers de différentes longueurs d'onde.On constate que les taux d'absorption des lasers par les différents métaux varient considérablement à différentes longueurs d'onde.La figure 2 montre les courbes de comparaison des taux d'absorption à différentes longueurs d'onde pour le cuivre métallique seul.le taux d'absorption du cuivre par les longueurs d'onde du proche infrarouge (environ 1 micron) est inférieur à 5%, l'utilisation de la lumière infrarouge pour traiter les matériaux de cuivre est donc extrêmement inefficace. 95% du laser sera reflété et causera également des dommages au laser lui-même;Le taux d'absorption du cuivre à des longueurs d'onde de lumière verte (515 nm et 532 nm) est aussi élevé que plus de 40%La sélectivité de la longueur d'onde laser du matériau lui-même détermine que la longueur d'onde la plus idéale pour le traitement de précision de matériaux hautement réfléchissants est une longueur d'onde courte (≤ 700 nm).
Comparé à la courte longueur d'onde du laser ultraviolet, la limitation actuelle de la science des matériaux ne peut supporter la réalisation d'une sortie de laser ultraviolet de haute puissance stable.Les lasers ultraviolets de plus de cent watts sont extrêmement rares.Au contraire, grâce aux efforts de scientifiques de différents pays, les lasers verts commerciaux ont fait de grands progrès ces dernières années.Les entreprises allemandes TRUMPF et IPG des États-Unis ont obtenu une puissance de lumière verte ultra-haute de plus de 3 kilowatts et 1 kilowatts., respectivement par la technologie laser à disque et la technologie laser à fibre.Les lasers à lumière verte continue à haute puissance jouent un rôle extrêmement important dans deux problèmes importants dans les applications industrielles actuelles: Impression 3D et soudage de précision de matériaux en cuivre.
2Perspectives d'application et avantages du feu vert à haute puissance
Lors de la 14e exposition internationale de la technologie des batteries en Chine en 2021, la société allemande TRUMPF a fait ses débuts avec son laser à disque vert continu de haute puissance de 3 kilowatts.La puissance de sortie moyenne de ce produit est aussi élevée que 3 kilowatts, qui représente la puissance la plus élevée de la série laser verte actuelle et est très adaptée au soudage de matériaux très réfléchissants tels que le cuivre et l'aluminium.Surtout dans l'industrie des batteries au lithium représentée par les batteries de véhicules à énergie nouvelle, les lasers verts TRUMPF (1000~3000W) peuvent souder jusqu'à 120 couches de feuille de cuivre sans presque aucune éclaboussure et avec une pénétration précise et contrôlable.la lumière verte à haute puissance présente également des avantages remarquables dans les applications d'impression 3D de matériaux de cuivre purÀ l'heure actuelle, il y a encore une lacune dans les lasers verts à haute puissance en Chine.
2.1 Soudage des métaux à haute réflectivité
En raison de l'excellente conductivité électrique des matériaux en cuivre, les matériaux en cuivre sont largement utilisés dans l'industrie des batteries au lithium, en particulier dans les batteries d'alimentation des véhicules à énergie nouvelle.le courant dominant utilise encore des lasers à fibre infrarouge de haute puissance pour le soudage du cuivreComparé à la bande infrarouge, le soudage au cuivre à la lumière verte est plus efficace et n'a pratiquement pas d'éclaboussures.performance et durée de vie de la batterie.
La figure 3 montre l'absorption du laser infrarouge de 1064 nm par le cuivre.l'absorption de la lumière infrarouge par le cuivre passe lentement de 5% à environ 10%Le taux d'absorption du laser infrarouge passera progressivement de 10% à environ 17%, puis à mesure que la température continue d'augmenter, le taux d'absorption du laser à bande infrarouge augmentera progressivement.le taux d'absorption augmentera lentementCe changement soudain de l'absorption autour du point de fusion peut entraîner la décharge d'une partie du matériau fondu sous forme d'éclaboussures, et peut également entraîner l'effondrement de petits trous.forçant l'ensemble du processus à être redémarréSurtout pour le soudage par processus de fin de batterie au lithium, le rendement de soudage a une incidence directe sur le coût de la batterie.
La figure 4 montre les courbes d'absorption du cuivre pour différentes longueurs d'onde (infrarouge, vert et bleu) à différentes températures.Les lignes vertes représentent le taux d'absorption de la lumière verte par le cuivre à 20 °C (état solide) et 1600 °C (état fondu)À une température ambiante de 20°C, lorsque le cuivre est à l'état solide, son taux d'absorption dans la bande de lumière verte est d'environ 40%.,le taux d'absorption diminue d'environ 5%, c'est-à-dire que l'absorption de la lumière verte diminue légèrement après la fusion du cuivre.Cette caractéristique permet d'obtenir des trous stables et pratiquement zéro éclaboussure lors de l'usinage du cuivreC'est l'avantage évident du soudage au laser à lumière verte par rapport au soudage au laser infrarouge.
2.2 Impression 3D de matériaux de cuivre pur
Le matériau de cuivre est largement utilisé dans la fabrication haut de gamme en raison de son excellente conductivité thermique, de sa conductivité électrique et d'autres excellentes propriétés.les trains à grande vitesse, l'industrie automobile et d'autres domaines, il existe une demande d'application directe pour la technologie d'impression 3D de matériau de cuivre pur.
La source lumineuse laser pour l'impression 3D de matériaux métalliques utilise actuellement principalement un laser à fibre mono-mode proche infrarouge 1um.Le laser à fibres mono-mode proche infrarouge 1um présente l'inconvénient d'un faible coefficient d'absorption dû au coefficient d'absorption du matériau en cuivre, et une grande influence avec la température, résultant en une faible densité d'échantillons imprimés et une faible robustesse du processus.comme la meilleure source de lumière pour l'impression 3D de matériaux métalliques hautement réfléchissants, peut résoudre efficacement les problèmes connexes et atteindre une densité supérieure à 99,95% pour l'impression 3D de matériaux de cuivre pur.
3Une lumière verte en mode unique continue de haute puissance de OUHK Laser
Shenzhen Gongda Laser Co., Ltd. est principalement engagée dans la recherche et le développement, la production et la vente de "lasers à fibre avancés à courte longueur d'onde" et de "solutions de traitement de précision laser".Il s'agit d'une entreprise axée sur la recherche et le développement, la production de lasers à fibres à courte longueur d'onde (vertes et ultraviolettes) de moyenne et haute puissance et Application Solutions Laser Inc.Les principaux produits actuels sont les lasers verts mono-mode de haute puissance de 50 à 500 W et les lasers à fibre pulsée mono-mode MOPA de 100 à 1000 W.. OUHK Laser s'est concentré sur la recherche et le développement de lasers à fibres de haute puissance à courte longueur d'onde et a pris les devants dans le lancement d'un laser vert monomode de 500W:GCL-500 pouvant être utilisé pour l'impression 3D des métaux très réfléchissants et le soudage de précisionLe laser à lumière verte GCL-500 adopte une solution de doublement de fréquence entièrement à fibre fondamentale plus à fréquence extracavité, obtenant une sortie de lumière verte continue en mode unique allant jusqu'à plus de 500 W,pour combler le déficit national dans ce type de produit.
4Engagé dans l'application avancée des lasers à courte longueur d'onde et à haute puissance
Le laser vert GCL-500 à mode unique continu a une bonne stabilité de puissance de sortie, une excellente qualité de faisceau et un taux d'absorption élevé pour les matériaux très réfléchissants, en particulier le cuivre,ce qui le rend prometteur pour l'impression 3D de matériaux de cuivre purEn ajoutant un modulateur spatial, une lumière verte pulsée à fréquence de modulation à grande vitesse peut également être obtenue.ce qui lui donne également de larges perspectives d'application dans la découpe et le soudage de précision de matériaux hautement réfléchissantsLe laser vert à mode unique continu GCL-500 utilise une sortie en espace libre, ce qui permet d'assurer une excellente qualité du faisceau.qui peut plus facilement correspondre au contrôle automatisé et être utilisé dans les processus de soudage de matériaux à haute réflectivitéAprès une exploration à long terme du procédé de soudage au laser, il a été démontré qu'il est possible d'obtenir de meilleurs résultats de soudage en utilisant des points de sortie (formage du faisceau) avec des distributions d'énergie différentes.En plus, basé sur le laser vert mono-module GCL-500 d'OULD Laser, il peut également réaliser une combinaison d'espace ou de faisceau de fibres multimodale.une sortie de lumière verte avec une distribution flexible de l'énergie du faisceau peut être obtenue; d'autre part, une sortie de lumière verte en fibre optique continue de plusieurs kilowatts ou même de dizaines de milliers de watts peut être obtenue,fournissant des capacités de soudage laser de pointe pour une haute qualité, soudage laser à haut rendement et à haut rendement.Le laser vert continu à haute puissance peut fournir une solution efficace pour le traitement et l'application de matériaux en cuivre, et devrait briller dans l'impression 3D en cuivre pur et le soudage de précision des métaux à haute réflectivité.