1. วัสดุเทียบกับความยาวคลื่นเลเซอร์
นับตั้งแต่การกำเนิดของเลเซอร์ครั้งแรกในปี 1960 หลังจากการพัฒนามากว่า 60 ปี เลเซอร์ในฐานะมีดที่คมและแม่นยำที่สุดได้ถูกนำมาใช้ในชีวิตของเราเลเซอร์ผสมผสานกับชีววิทยา การรักษาและการวินิจฉัยทางการแพทย์ และวิทยาศาสตร์เภสัชกรรม และค่อยๆ แทรกซึมเข้ามาในชีวิตประจำวันในด้านต่างๆ เช่น การรักษาด้วยเลเซอร์ การผ่าตัดด้วยเลเซอร์ และการวินิจฉัยด้วยเลเซอร์ในด้านการผลิตอุปกรณ์ อุปกรณ์เลเซอร์กำลังสูงมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในการตัด การเชื่อม การวัด การทำเครื่องหมาย และด้านอื่นๆ ของสาขาการผลิตอุปกรณ์ระดับไฮเอนด์ เช่น การบิน การบินและอวกาศ รถยนต์ รถไฟความเร็วสูง และเรือ .ในแง่ของการตัดเฉือนไมโครละเอียด เลเซอร์พัลส์แบบสั้นเกินขีดมีบทบาทที่ไม่อาจทดแทนได้ในการเจาะ การแกะสลัก การเซาะร่อง การสร้างพื้นผิว การปรับเปลี่ยนพื้นผิว การตัดแต่ง การทำความสะอาด และด้านอื่นๆ ของเซลล์แสงอาทิตย์ จอแสดงผลคริสตัลเหลว เซมิคอนดักเตอร์ LED, OLED และสาขาอื่นๆบทบาท.ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีปั๊มเซมิคอนดักเตอร์ เลเซอร์อินฟราเรดใกล้ความยาวคลื่น 1um หลังจากการพัฒนาหลายปี ได้ก่อให้เกิดห่วงโซ่อุตสาหกรรมที่สมบูรณ์และครองตำแหน่งสำคัญในการใช้งานในกระบวนการทางอุตสาหกรรมโดยเฉพาะอย่างยิ่ง เลเซอร์ไฟเบอร์ใกล้อินฟราเรดขนาด 1um ได้กลายเป็นประเภทเลเซอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย เนื่องจากมีกำลังครอบคลุมกว้าง คุณภาพลำแสงที่ยอดเยี่ยม ความเสถียร และความน่าเชื่อถือทองแดงเป็นโลหะที่ใช้มากเป็นอันดับสามของโลกรองจากเหล็กและอลูมิเนียมวัสดุทองแดงเป็นหนึ่งในวัสดุโลหะที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการแปรรูปทางอุตสาหกรรมสมัยใหม่โครงสร้างความต้องการเทอร์มินัลของห่วงโซ่อุตสาหกรรมทองแดงครอบคลุมมากกว่า 30 ภาคส่วนย่อย เช่น การบินและอวกาศ รถไฟความเร็วสูง ผลิตภัณฑ์เทอร์มินัลอัจฉริยะ การสื่อสารอิเล็กทรอนิกส์ และรถยนต์ และเป็นเกณฑ์มาตรฐานหลักสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมระดับไฮเอนด์เลเซอร์ไฟเบอร์อินฟราเรดย่านความถี่ 1 ไมครอนที่ใช้ในปัจจุบันในขนาดใหญ่มีข้อบกพร่อง เช่น โปรยลงมาขนาดใหญ่และความลึกของการเจาะที่ไม่สามารถควบคุมได้ในการประมวลผลวัสดุทองแดง เนื่องจากการดูดซับทองแดงที่อ่อนแอรูปที่ 1 แสดงกราฟการดูดกลืนแสงของวัสดุโลหะที่ใช้กันทั่วไปสำหรับเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นต่างกันจะเห็นได้ว่าอัตราการดูดกลืนแสงเลเซอร์ของโลหะต่างๆ จะแตกต่างกันอย่างมากในช่วงความยาวคลื่นที่ต่างกันรูปที่ 2 แสดงกราฟเปรียบเทียบอัตราการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่นต่างกันสำหรับทองแดงที่เป็นโลหะเพียงอย่างเดียวที่อุณหภูมิห้อง อัตราการดูดซับของทองแดงในช่วงความยาวคลื่นใกล้อินฟราเรด (ประมาณ 1 ไมครอน) จะน้อยกว่า 5% ดังนั้นการใช้แสงอินฟราเรดในการประมวลผลวัสดุทองแดงจึงไม่มีประสิทธิภาพอย่างยิ่ง95% ของเลเซอร์จะสะท้อนและจะสร้างความเสียหายให้กับตัวเลเซอร์ด้วยอัตราการดูดซับของทองแดงที่ความยาวคลื่นแสงสีเขียว (515 นาโนเมตรและ 532 นาโนเมตร) สูงถึงมากกว่า 40%การเลือกความยาวคลื่นเลเซอร์ของวัสดุเป็นตัวกำหนดว่าความยาวคลื่นที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการประมวลผลที่แม่นยำของวัสดุที่มีการสะท้อนแสงสูงคือความยาวคลื่นสั้น (≤700nm)
เมื่อเปรียบเทียบกับความยาวคลื่นสั้นของเลเซอร์อัลตราไวโอเลต ข้อจำกัดของคอขวดในปัจจุบันของวัสดุศาสตร์ไม่สามารถรองรับเอาท์พุตเลเซอร์อัลตราไวโอเลตกำลังแรงสูงที่เสถียรได้เลเซอร์อัลตราไวโอเลตที่มีกำลังเกินหนึ่งร้อยวัตต์นั้นหายากมากในทางตรงกันข้าม ด้วยความพยายามของนักวิทยาศาสตร์จากหลายประเทศ เลเซอร์สีเขียวเชิงพาณิชย์จึงมีความก้าวหน้าอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาTRUMPF ของเยอรมนีและ IPG ของสหรัฐอเมริกาได้รับเอาต์พุตแสงสีเขียวกำลังสูงพิเศษมากกว่า 3 กิโลวัตต์และ 1 กิโลวัตต์ตามลำดับผ่านเทคโนโลยีเลเซอร์ดิสก์และเทคโนโลยีไฟเบอร์เลเซอร์เลเซอร์แสงสีเขียวต่อเนื่องกำลังสูงมีบทบาทสำคัญในปัญหาสำคัญสองประการในการใช้งานทางอุตสาหกรรมในปัจจุบัน ได้แก่ การพิมพ์ 3 มิติและการเชื่อมวัสดุทองแดงอย่างแม่นยำ
2. แนวโน้มการใช้งานและข้อดีของแสงสีเขียวกำลังสูง
ที่งานนิทรรศการเทคโนโลยีแบตเตอรี่นานาชาติแห่งประเทศจีนครั้งที่ 14 ในปี 2021 บริษัท TRUMPF ของเยอรมนีได้เปิดตัวดิสก์เลเซอร์สีเขียวต่อเนื่องกำลังสูง 3 กิโลวัตต์กำลังขับเฉลี่ยของผลิตภัณฑ์นี้สูงถึง 3 กิโลวัตต์ ซึ่งแสดงถึงกำลังที่แข็งแกร่งที่สุดในซีรีส์เลเซอร์สีเขียวในปัจจุบัน และเหมาะมากสำหรับการเชื่อมวัสดุที่มีการสะท้อนแสงสูง เช่น ทองแดง และอลูมิเนียมโดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ลิเธียมที่มีแบตเตอรี่สำหรับยานยนต์พลังงานใหม่ เลเซอร์สีเขียวของ TRUMPF (1000–3000W) สามารถเชื่อมฟอยล์ทองแดงได้มากถึง 120 ชั้นโดยแทบไม่มีสะเก็ดใดๆ และการเจาะทะลุที่แม่นยำและควบคุมได้นอกจากนี้ แสงสีเขียวกำลังสูงยังมีข้อได้เปรียบที่โดดเด่นในการใช้งานการพิมพ์ 3 มิติของวัสดุทองแดงบริสุทธิ์ในปัจจุบัน เลเซอร์สีเขียวกำลังสูงในจีนยังมีช่องว่างอยู่
2.1 การเชื่อมโลหะแบบสะท้อนแสงสูง
เนื่องจากการนำไฟฟ้าที่โดดเด่นของวัสดุทองแดง วัสดุทองแดงจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ลิเธียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแบตเตอรี่พลังงานรถยนต์พลังงานใหม่ปัจจุบันกระแสหลักยังคงใช้เลเซอร์ไฟเบอร์อินฟราเรดกำลังสูงในการเชื่อมทองแดงเมื่อเทียบกับแถบอินฟราเรด การเชื่อมทองแดงโดยใช้แสงสีเขียวจะมีประสิทธิภาพมากกว่าและแทบไม่มีการกระเด็นเลยการกระเด็นเป็นอันตรายต่อการประมวลผลของแบตเตอรี่ และการกระเด็นจะส่งผลต่อความปลอดภัยในการผลิต ประสิทธิภาพ และอายุการใช้งานของแบตเตอรี่
รูปที่ 3 แสดงการดูดซับของเลเซอร์อินฟราเรด 1064 นาโนเมตรด้วยทองแดงดังที่เห็นได้จากรูปที่ 3 เมื่ออุณหภูมิหลอมเหลวเพิ่มขึ้นจาก 0 ถึง 1400K การดูดกลืนแสงอินฟราเรดของทองแดงจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นจาก 5% เป็นประมาณ 10%;เมื่อทองแดงถึงจุดหลอมเหลว (1400K) ทองแดง อัตราการดูดซึมของเลเซอร์แถบอินฟราเรดจะเพิ่มขึ้นทีละขั้นจาก 10% เป็นประมาณ 17% จากนั้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง อัตราการดูดซับจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันของการดูดซึมรอบๆ จุดหลอมเหลวอาจทำให้วัสดุที่หลอมละลายบางส่วนถูกปล่อยออกมาในรูปของการกระเซ็น และยังอาจทำให้รูเล็กๆ พังทลายลง ทำให้ต้องเริ่มต้นกระบวนการทั้งหมดใหม่อีกครั้งโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมกระบวนการแบ็กเอนด์ของแบตเตอรี่ลิเธียม ปริมาณการเชื่อมมีผลกระทบโดยตรงต่อต้นทุนของแบตเตอรี่
รูปที่ 4 แสดงกราฟการดูดกลืนแสงของทองแดงสำหรับความยาวคลื่นต่างๆ (แสงอินฟราเรด สีเขียว และสีน้ำเงิน) ที่อุณหภูมิต่างกันเส้นสีเขียวในรูปแสดงถึงอัตราการดูดกลืนแสงสีเขียวโดยทองแดงที่อุณหภูมิ 20°C (สถานะของแข็ง) และ 1600°C (สถานะหลอมเหลว)ที่อุณหภูมิห้อง 20°C เมื่อทองแดงอยู่ในสถานะของแข็ง อัตราการดูดซึมในแถบแสงสีเขียวจะอยู่ที่ประมาณ 40%อย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึง 1,600°C และทองแดงอยู่ในสถานะหลอมเหลว อัตราการดูดซึมจะลดลงประมาณ 5%นั่นคือการดูดกลืนแสงสีเขียวจะลดลงเล็กน้อยหลังจากที่ทองแดงละลายคุณสมบัตินี้ช่วยให้ได้รูที่มั่นคงและแทบไม่มีเศษกระเด็นเมื่อตัดเฉือนทองแดงนี่คือข้อได้เปรียบที่ชัดเจนของการเชื่อมด้วยเลเซอร์แสงสีเขียวเหนือการเชื่อมด้วยเลเซอร์อินฟราเรด
2.2 การพิมพ์ 3 มิติของวัสดุทองแดงบริสุทธิ์
วัสดุทองแดงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตระดับไฮเอนด์เนื่องจากมีการนำความร้อน การนำไฟฟ้า และคุณสมบัติที่ดีเยี่ยมอื่นๆ ที่ดีเยี่ยมตัวอย่างเช่น ในการบินและอวกาศ รถไฟความเร็วสูง อุตสาหกรรมยานยนต์ และสาขาอื่นๆ มีความต้องการใช้งานโดยตรงสำหรับเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติที่ใช้วัสดุทองแดงบริสุทธิ์
แหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์สำหรับการพิมพ์ 3 มิติของวัสดุโลหะ ปัจจุบันส่วนใหญ่ใช้ไฟเบอร์เลเซอร์โหมดเดียวใกล้อินฟราเรด 1umเลเซอร์ไฟเบอร์แบบโหมดเดียวใกล้อินฟราเรดขนาด 1um มีข้อเสียคือค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงต่ำเนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงของวัสดุทองแดง และมีอิทธิพลอย่างมากต่ออุณหภูมิ ส่งผลให้ตัวอย่างที่พิมพ์มีความหนาแน่นต่ำและความทนทานของกระบวนการต่ำเลเซอร์สีเขียวเป็นแหล่งกำเนิดแสงที่ดีที่สุดสำหรับการพิมพ์ 3 มิติของวัสดุโลหะที่มีการสะท้อนแสงสูง สามารถแก้ไขปัญหาที่เกี่ยวข้องได้อย่างมีประสิทธิภาพ และมีความหนาแน่นมากกว่า 99.95% สำหรับการพิมพ์ 3 มิติของวัสดุทองแดงบริสุทธิ์
3. แสงสีเขียวโหมดเดี่ยวต่อเนื่องกำลังสูงจาก OUHK Laser
เซินเจิ้น Gongda Laser Co., Ltd. ดำเนินธุรกิจหลักในการวิจัยและพัฒนา การผลิต และการขาย "เลเซอร์ไฟเบอร์ความยาวคลื่นสั้นขั้นสูง" และ "โซลูชันการประมวลผลความแม่นยำของเลเซอร์"เป็นบริษัทที่มุ่งเน้นการวิจัยและพัฒนา การผลิตเลเซอร์ไฟเบอร์ความยาวคลื่นสั้นปานกลางและสูง (สีเขียวและอัลตราไวโอเลต)และ Application Solutions Laser Inc. ผลิตภัณฑ์หลักในปัจจุบัน ได้แก่ เลเซอร์สีเขียวโหมดเดี่ยวกำลังสูง 50-500W และเลเซอร์ไฟเบอร์พัลซิ่งโหมดเดี่ยว MOPA 100-1000WOUHK Laser มุ่งเน้นไปที่การวิจัยและพัฒนาไฟเบอร์เลเซอร์ความยาวคลื่นสั้นกำลังสูง และเป็นผู้นำในการเปิดตัวเลเซอร์สีเขียวโหมดเดี่ยว 500W: GCL-500 ที่สามารถใช้สำหรับการพิมพ์ 3 มิติของโลหะสะท้อนแสงสูงและมีความแม่นยำ การเชื่อมเลเซอร์แสงสีเขียว GCL-500 ใช้ความถี่พื้นฐานแบบไฟเบอร์ทั้งหมดบวกกับโซลูชันการเพิ่มความถี่เกินช่องเป็นสองเท่า ส่งผลให้ได้เอาต์พุตแสงสีเขียวต่อเนื่องในโหมดเดียวที่สูงถึงมากกว่า 500W ซึ่งช่วยเติมเต็มช่องว่างภายในประเทศของผลิตภัณฑ์ประเภทนี้
4. มุ่งมั่นที่จะประยุกต์ใช้เลเซอร์ความยาวคลื่นสั้นและกำลังสูงขั้นสูง
เลเซอร์สีเขียวโหมดเดี่ยวต่อเนื่อง GCL-500 มีความเสถียรของกำลังเอาต์พุตที่ดี คุณภาพลำแสงที่ดีเยี่ยม และอัตราการดูดซับสูงสำหรับวัสดุที่มีการสะท้อนแสงสูง โดยเฉพาะทองแดง ทำให้มีแนวโน้มว่าจะพิมพ์วัสดุทองแดงบริสุทธิ์แบบ 3 มิติได้ด้วยการเพิ่มโมดูเลเตอร์เชิงพื้นที่เพิ่มเติม ก็สามารถรับแสงสีเขียวแบบพัลซ์ที่มีความถี่มอดูเลตความเร็วสูงได้ ซึ่งทำให้มีแนวโน้มการใช้งานในวงกว้างในการตัดและเชื่อมวัสดุที่มีการสะท้อนแสงสูงอย่างแม่นยำเลเซอร์สีเขียวโหมดเดี่ยวต่อเนื่อง GCL-500 ใช้เอาต์พุตพื้นที่ว่าง ซึ่งช่วยให้มั่นใจในคุณภาพของลำแสงที่ยอดเยี่ยมเลเซอร์ยังสามารถให้วิธีการส่งผ่านที่ยืดหยุ่นควบคู่ไปกับใยแก้วนำแสง ซึ่งสามารถจับคู่การควบคุมอัตโนมัติได้ง่ายขึ้น และใช้ในกระบวนการเชื่อมวัสดุที่มีการสะท้อนแสงสูงหลังจากการสำรวจกระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์มาเป็นเวลานาน พบว่าสามารถบรรลุผลการเชื่อมที่ดีขึ้นได้โดยใช้จุดเอาท์พุต (การสร้างลำแสง) ที่มีการกระจายพลังงานที่แตกต่างกันนอกจากนี้ เมื่อพิจารณาจากเลเซอร์สีเขียวโหมดเดียว GCL-500 ของ OULD Laser ก็สามารถดำเนินการรวมพื้นที่หลายโมดูลหรือรวมลำแสงไฟเบอร์เข้าด้วยกันได้ในด้านหนึ่ง สามารถรับแสงสีเขียวที่มีการกระจายพลังงานลำแสงแบบยืดหยุ่นได้ในทางกลับกัน สามารถรับแสงสีเขียวแบบไฟเบอร์ออปติกได้อย่างต่อเนื่องหลายกิโลวัตต์หรือหลายหมื่นวัตต์ ทำให้มีความสามารถในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ระดับสูงสำหรับการเชื่อมด้วยเลเซอร์คุณภาพสูง ประสิทธิภาพสูง และให้ผลตอบแทนสูงแหล่งกำเนิดแสงความยาวคลื่นสั้นอันทรงพลังเลเซอร์สีเขียวกำลังสูงต่อเนื่องสามารถให้โซลูชั่นที่มีประสิทธิภาพสำหรับการประมวลผลและการประยุกต์ใช้วัสดุทองแดง และคาดว่าจะส่องแสงในการพิมพ์ 3 มิติด้วยทองแดงบริสุทธิ์และการเชื่อมโลหะที่มีแสงสะท้อนสูงที่มีความแม่นยำ