Limitazioni e scoperte dei laser quasi infrarossi

Negli ultimi decenni, i laser CW ad alta potenza sono diventati uno strumento comune nella produzione moderna, che copre applicazioni come saldatura, rivestimento, preparazione della superficie, indurimento, brasatura, taglio, stampa 3D e produzione additiva. Con la generazione di laser di anidride carbonica di lunghezza d'onda da 10.6 μm ad alta potenza eSemiconduttore di lunghezza d'onda di 1064 nm a infrarossi a infrarossi-Pumped nd: yaglaser a stato solidoLa tecnologia laser CW ad alta potenza ha visto il primo picco di sviluppo.

Limitazioni dei laser Nir

A causa della sua lunghezza d'onda, i laser di anidride carbonica sono difficili da trasmettere attraverso fibre ottiche, causando alcune difficoltà per le applicazioni industriali; Mentre i laser a stato solido sono limitati dalla loro luminosità e funzionalità di amplificazione di potenza. Questi laser in fibra ad alta potenza CW utilizzano in genere a lunghezze d'onda vicine a infrarossi (NIR) entro 1 μm, che vanno bene per molte applicazioni. Ad esempio, è adatto per la lavorazione di acciai con una assorbimento di oltre il 50%, ma è limitato dal fatto che alcuni metalli riflettono il 90% o più dell'incidente della radiazione laser quasi infrarossi sulla loro superficie. Soprattutto quando la saldatura di metalli gialli come rame e oro con laser Nir, il tasso di assorbimento basso significa che è necessario molta energia laser per avviare il processo di saldatura.

La saldatura della modalità penetrazione profonda risulta in un elevato assorbimento del raggio laser perché il raggio laser interagisce più volte con il vapore metallico e metallo mentre viaggia attraverso il materiale. Tuttavia, l'attivazione di un buco della serratura con un laser a infrarossi vicino richiede una notevole intensità del laser incidente, specialmente quando il materiale saldato è altamente riflessivo. E una volta formata un buco della serratura, l'assorbiscità aumenta bruscamente, e la pressione del vapore ad alto contenuto di metallo nella piscina fuso dal laser ad alta potenza vicino a infrarossi può causare spruzzi e porosità, quindi la potenza del laser o la velocità di saldatura devono essere attentamente controllate Prevenire schizzi eccessivi spruzzi dalla saldatura. Mentre la piscina fusa solidifica, \"bolle \" in vapori metallici e gas di processo possono anche essere intrappolati, creando vuoti nella cucitura della saldatura. Tale porosità indebolisce la forza della saldatura e aumenta la resistività del giunto, con conseguente giunto saldato di qualità inferiore. Pertanto, i laser NIR sono molto impegnativi per elaborare materiali come rame con assorbisti <5% a 1 μm. Al fine di elaborare meglio questi materiali ad alta riflettività, sono stati adottati metodi come l'aumento del tasso di assorbimento del materiale della luce laser generando il plasma sul materiale trasformato. Tuttavia, poiché questi metodi limitano la lavorazione del materiale ai processi di penetrazione profonda, non è possibile la saldatura della modalità di conduzione termica di materiali sottili, e vi sono rischi intrinseci di sputtering e deposito di energia controllata. Pertanto, i sistemi laser esistenti con una lunghezza d'onda di 1 μm hanno i loro limiti durante la lavorazione di materiali altamente riflessivi come metalli non ferrosi, nonché nelle applicazioni subacquee.

Una svolta in laser vicino a infrarossi

Per sviluppare le aree di applicazione ristretta di questi laser quasi infrarossi, devono essere studiate nuove sorgenti luminose laser. Inoltre, al fine di ridurre i gas serra, i nuovi veicoli energetici sostituiscono motori a benzina e motori a combustione interna con motori elettrici. L'uso di un sacco di rame nella costruzione di motori elettrici, in particolare le batterie di potenza, ha creato una grande richiesta di soluzioni di elaborazione di rame affidabili e ha una gamma altrettanto ampia di applicazioni in altri sistemi energetici rinnovabili come le turbine eoliche.

Oggi i laser in fibra industriale ad alta potenza sono diventati la soluzione per la luminosità ad alta luminosità, laser ad alta potenza che possono essere consegnati sulla fibra. Oggi i laser in fibra hanno sostituito laser di CO2 nella stragrande maggioranza delle applicazioni e sono effettivamente utilizzati in numerose applicazioni di lavorazione industriale. Soprattutto negli ultimi anni, è diventato il cavallo da lavoro dei laser industriali, come la saldatura del laser e il taglio, che ha una maggiore velocità, efficienza e affidabilità dei laser di CO2.