1. Material vs. panjang gelombang laser
Sejak lahirnya laser pertama pada tahun 1960, setelah lebih dari 60 tahun pengembangan, laser, sebagai pisau paling tajam dan presisi, secara bertahap telah digunakan dalam kehidupan kita.Laser dikombinasikan dengan biologi, perawatan dan diagnosis medis, serta ilmu farmasi, dan secara bertahap merambah ke kehidupan sehari-hari dalam berbagai aspek seperti perawatan laser, bedah laser, dan diagnosis laser.Di bidang manufaktur peralatan, peralatan laser berdaya tinggi memainkan peran yang semakin penting dalam pemotongan, pengelasan, pengukuran, penandaan, dan aspek lain dari bidang manufaktur peralatan kelas atas seperti penerbangan, ruang angkasa, mobil, kereta api berkecepatan tinggi, dan kapal. .Dalam hal pemesinan mikro halus, laser pulsa ultrapendek memainkan peran yang tak tergantikan dalam pengeboran, pengukiran, pembuatan alur, pembuatan tekstur permukaan, modifikasi permukaan, pemangkasan, pembersihan, dan aspek lain dari fotovoltaik, layar kristal cair, semikonduktor, LED, OLED, dan bidang lainnya.peran.Dengan pesatnya perkembangan teknologi pompa semikonduktor, laser inframerah dekat dengan panjang gelombang 1um, setelah bertahun-tahun dikembangkan, telah membentuk rantai industri yang lengkap dan menempati posisi penting dalam aplikasi pemrosesan industri.Secara khusus, laser serat inframerah dekat 1um telah menjadi jenis laser yang banyak digunakan karena cakupan dayanya yang luas, kualitas sinar yang sangat baik, stabilitas dan keandalan.Tembaga merupakan logam ketiga yang paling banyak digunakan di dunia setelah besi dan aluminium.Material tembaga merupakan salah satu material logam yang paling banyak digunakan dalam pengolahan industri modern.Struktur permintaan terminal dalam rantai industri tembaga mencakup lebih dari 30 sub-sektor, seperti dirgantara, kereta api berkecepatan tinggi, produk terminal cerdas, komunikasi elektronik, dan mobil, dan merupakan tolok ukur utama untuk aplikasi industri kelas atas.Laser serat inframerah pita 1 mikron yang saat ini digunakan dalam skala besar memiliki kekurangan seperti hujan rintik-rintik yang besar dan kedalaman penetrasi yang tidak terkendali dalam pemrosesan bahan tembaga karena lemahnya penyerapan tembaga.Gambar 1 menunjukkan kurva penyerapan bahan logam yang umum digunakan untuk laser dengan panjang gelombang berbeda.Dapat dilihat bahwa tingkat penyerapan laser oleh logam yang berbeda sangat bervariasi pada panjang gelombang yang berbeda.Gambar 2 menunjukkan kurva perbandingan laju penyerapan pada panjang gelombang yang berbeda untuk logam tembaga saja.Pada suhu kamar, laju penyerapan tembaga pada panjang gelombang inframerah dekat (sekitar 1 mikron) kurang dari 5%, sehingga penggunaan sinar inframerah untuk memproses bahan tembaga sangatlah tidak efisien.95% laser akan dipantulkan dan juga akan menyebabkan kerusakan pada laser itu sendiri;Tingkat penyerapan tembaga pada panjang gelombang lampu hijau (515nm dan 532nm) mencapai lebih dari 40%.Selektivitas panjang gelombang laser material itu sendiri menentukan bahwa panjang gelombang paling ideal untuk pemrosesan presisi material yang sangat reflektif adalah panjang gelombang pendek (≤700nm).
Dibandingkan dengan laser ultraviolet dengan panjang gelombang pendek, keterbatasan ilmu material saat ini tidak dapat mendukung realisasi keluaran laser ultraviolet berdaya tinggi yang stabil.Laser ultraviolet yang melebihi seratus watt sangat jarang terjadi.Sebaliknya, melalui upaya para ilmuwan dari berbagai negara, laser hijau komersial telah mengalami kemajuan besar dalam beberapa tahun terakhir.TRUMPF Jerman dan IPG Amerika Serikat telah memperoleh keluaran lampu hijau berdaya sangat tinggi masing-masing lebih dari 3 kilowatt dan 1 kilowatt, melalui teknologi laser cakram dan teknologi laser serat.Laser lampu hijau kontinu berkekuatan tinggi memainkan peran yang sangat penting dalam dua masalah penting dalam aplikasi industri saat ini: pencetakan 3D dan pengelasan presisi bahan tembaga.
2. Prospek penerapan dan keunggulan lampu hijau berdaya tinggi
Pada Pameran Teknologi Baterai Internasional Tiongkok ke-14 pada tahun 2021, TRUMPF Jerman meluncurkan laser cakram lampu hijau kontinu berdaya tinggi 3 kilowatt.Daya keluaran rata-rata produk ini mencapai 3 kilowatt, yang mewakili daya terkuat dalam seri laser hijau saat ini dan sangat cocok untuk pengelasan bahan yang sangat reflektif seperti tembaga dan aluminium.Khususnya dalam industri baterai lithium yang diwakili oleh baterai tenaga kendaraan energi baru, laser hijau TRUMPF (1000–3000W) dapat mengelas hingga 120 lapisan foil tembaga hampir tanpa percikan dan penetrasi yang tepat dan terkendali.Selain itu, lampu hijau berdaya tinggi juga memiliki keunggulan luar biasa dalam aplikasi pencetakan 3D bahan tembaga murni.Saat ini, masih terdapat kesenjangan dalam laser hijau berkekuatan tinggi di Tiongkok.
2.1 Pengelasan logam dengan refleksi tinggi
Karena konduktivitas listrik yang luar biasa dari bahan tembaga, bahan tembaga banyak digunakan dalam industri baterai litium, terutama pada baterai tenaga kendaraan energi baru.Saat ini, arus utama masih menggunakan laser serat inframerah berdaya tinggi untuk pengelasan tembaga.Dibandingkan dengan pita inframerah, pengelasan tembaga yang menggunakan lampu hijau lebih efisien dan hampir tidak ada percikan.Percikan berakibat fatal bagi pemrosesan baterai, dan percikan akan memengaruhi keselamatan produksi, kinerja, dan masa pakai baterai.
Gambar 3 menunjukkan penyerapan laser inframerah 1064nm oleh tembaga.Seperti dapat dilihat dari Gambar 3, dengan peningkatan suhu leleh dari 0 menjadi 1400K, penyerapan cahaya inframerah tembaga perlahan meningkat dari 5% menjadi sekitar 10%;ketika tembaga mencapai titik leleh (1400K), tembaga Laju penyerapan laser pita inframerah akan meningkat secara bertahap dari 10% menjadi sekitar 17%, dan kemudian seiring dengan peningkatan suhu, laju penyerapan akan meningkat secara perlahan.Perubahan serapan yang tiba-tiba di sekitar titik leleh ini dapat menyebabkan sebagian bahan cair keluar dalam bentuk percikan, dan juga dapat menyebabkan lubang-lubang kecil runtuh, sehingga memaksa seluruh proses harus diulang kembali.Khusus untuk proses back-end pengelasan baterai litium, hasil pengelasan berdampak langsung terhadap biaya baterai.
Gambar 4 menunjukkan kurva serapan tembaga untuk panjang gelombang berbeda (cahaya inframerah, hijau dan biru) pada suhu berbeda.Garis hijau pada gambar menunjukkan laju penyerapan lampu hijau oleh tembaga pada 20°C (keadaan padat) dan 1600°C (keadaan cair).Pada suhu kamar 20°C, ketika tembaga dalam keadaan padat, laju penyerapannya pada pita lampu hijau adalah sekitar 40%.Namun, ketika suhu naik hingga 1600°C dan tembaga dalam keadaan cair, laju penyerapan turun sekitar 5%.Artinya, penyerapan cahaya hijau sedikit berkurang setelah tembaga meleleh.Fitur ini membantu mencapai lubang yang stabil dan hampir tidak ada percikan saat mengerjakan tembaga.Ini adalah keuntungan nyata dari pengelasan laser lampu hijau dibandingkan pengelasan laser inframerah.
2.2 Pencetakan 3D bahan tembaga murni
Bahan tembaga banyak digunakan dalam manufaktur kelas atas karena konduktivitas termal, konduktivitas listrik, dan sifat unggul lainnya yang sangat baik.Misalnya, di bidang luar angkasa, kereta api berkecepatan tinggi, industri otomotif, dan bidang lainnya, terdapat permintaan aplikasi langsung terhadap teknologi pencetakan 3D bahan tembaga murni.
Sumber cahaya laser untuk pencetakan 3D bahan logam saat ini sebagian besar menggunakan laser serat mode tunggal inframerah dekat 1um.Laser serat mode tunggal inframerah dekat 1um memiliki kelemahan yaitu koefisien penyerapan yang rendah karena koefisien penyerapan bahan tembaga, dan pengaruh suhu yang besar, sehingga kepadatan sampel yang dicetak rendah dan ketahanan proses yang buruk.Laser hijau, sebagai sumber cahaya terbaik untuk pencetakan 3D bahan logam yang sangat reflektif, dapat secara efektif memecahkan masalah terkait dan mencapai kepadatan lebih dari 99,95% untuk pencetakan 3D bahan tembaga murni.
3. Lampu hijau mode tunggal kontinu berdaya tinggi dari Laser OUHK
Shenzhen Gongda Laser Co, Ltd terutama bergerak dalam penelitian dan pengembangan, produksi dan penjualan "laser serat panjang gelombang pendek canggih" dan "solusi pemrosesan presisi laser".Ini adalah perusahaan yang berfokus pada penelitian dan pengembangan, produksi laser serat gelombang pendek (hijau dan ultraviolet) berkekuatan menengah dan tinggi.dan Solusi Aplikasi Laser Inc. Produk utama saat ini adalah laser hijau mode tunggal berdaya tinggi 50-500W dan laser serat berdenyut mode tunggal MOPA 100-1000W.OUHK Laser berfokus pada penelitian dan pengembangan laser serat panjang gelombang pendek berkekuatan tinggi, dan memimpin peluncuran laser hijau mode tunggal 500W: GCL-500 yang dapat digunakan untuk pencetakan 3D logam yang sangat reflektif dan presisi. pengelasan.Laser lampu hijau GCL-500 mengadopsi frekuensi dasar seluruh serat ditambah solusi penggandaan frekuensi ekstrakavitas, menghasilkan keluaran lampu hijau kontinu mode tunggal hingga lebih dari 500W, sehingga mengisi kesenjangan domestik pada jenis produk ini.
4. Berkomitmen pada penerapan lanjutan laser dengan panjang gelombang pendek dan daya tinggi
Laser hijau mode tunggal kontinu GCL-500 memiliki stabilitas daya keluaran yang baik, kualitas sinar yang sangat baik, dan tingkat penyerapan yang tinggi untuk bahan yang sangat reflektif, terutama tembaga, sehingga menjanjikan untuk pencetakan 3D bahan tembaga murni.Dengan menambahkan lebih lanjut modulator spasial, lampu hijau berdenyut dengan frekuensi modulasi kecepatan tinggi juga dapat diperoleh, yang membuatnya juga memiliki prospek penerapan luas dalam pemotongan presisi dan pengelasan material yang sangat reflektif.Laser hijau mode tunggal kontinu GCL-500 menggunakan keluaran ruang bebas, yang membantu memastikan kualitas sinar yang sangat baik.Laser juga dapat menyediakan metode transmisi fleksibel yang digabungkan dengan serat optik, yang dapat lebih mudah menyesuaikan kontrol otomatis dan digunakan dalam proses pengelasan material dengan reflektifitas tinggi.Setelah eksplorasi proses pengelasan laser jangka panjang, telah ditunjukkan bahwa hasil pengelasan yang lebih baik dapat dicapai dengan menggunakan titik keluaran (pembentukan sinar) dengan distribusi energi yang berbeda.Selain itu, berdasarkan laser hijau mode tunggal modul tunggal GCL-500 OULD Laser, ia juga dapat melakukan penggabungan ruang multi-modul atau berkas serat.Di satu sisi, keluaran lampu hijau dengan distribusi energi sinar yang fleksibel dapat diperoleh;di sisi lain, keluaran lampu hijau serat optik terus menerus sebesar beberapa kilowatt atau bahkan puluhan ribu watt dapat diperoleh, memberikan kemampuan inti pengelasan laser kelas atas untuk pengelasan laser berkualitas tinggi, efisiensi tinggi, dan hasil tinggi.Sumber cahaya panjang gelombang pendek yang kuat.Laser hijau berdaya tinggi yang berkelanjutan dapat memberikan solusi efektif untuk pemrosesan dan penerapan bahan tembaga, dan diharapkan bersinar dalam pencetakan 3D tembaga murni dan pengelasan presisi logam dengan reflektifitas tinggi.