450nm蓝光激光在工业辅助制造方面的优势分析
一、背景说明
波长范围为400nm-500nm(450nm使用较多)的蓝光半导体激光器,具有稳定性高、电光效率高等优点,被广泛用于激光加工(如铜、金)、医疗、水下探测、照明、显示、激光泵浦等场景。随着金属加工技术的不断进步和用户要求的不断提高,激光器需要在成本和能效以及激光系统性能方面进行创新,能有效加工高反射金属的市场需求,激发了蓝色高功率激光技术的发展,并定将打开金属加工新技术的大门。
二、蓝光激光优势分析
1. 高精度:450nm蓝光雕刻激光器具有较高的光束质量和稳定性,因此可以实现高精度的雕刻。其精度可达到微米级别,对于各种高精度需求的加工项目都能胜任。
2. 快速加工:由于450nm蓝光具有较高的能量密度,使得激光器在短时间内完成大面积的雕刻成为可能。这大大提高了加工效率,降低了生产成本。
3. 降低热影响:与其他波长的激光相比,450nm蓝光具有更快的脉冲速度和更短的照射时间,从而可以减少加工过程中对材质产生的热影响,有效避免了因热变形而产生的误差。
4. 适用多种材质:450nm蓝光具有广泛的穿透力,适用于多种材质的雕刻。无论是金属、玻璃,还是陶瓷、石头等高硬度材料,都能实现良好的雕刻效果。
三、可以雕刻多种材质
450nm蓝光雕刻激光器可以雕刻多种材质,包括但不限于:
金属材料:如不锈钢、铜等有色金属、铝等。
有机材料:如皮革、葫芦、木材、树叶、纸张和织物等。
陶瓷和玻璃:在一定功率下,陶瓷、玻璃、玉石等也可以使用,主要是精美的花纹和图案。
塑料材料:如塑料制品常用激光进行雕刻图案和文字
四、比较优势分析
波长为450n m的激光对铜材料的加工效率比1μm的波长有望提高近20倍,与传统的近红外激光焊接工艺相比,高功率的蓝色激光在数量和质量上均具有优势。
数量上的优势:提高了焊接速度,拓宽了工艺范围,可直接转化为更快的生产效率,以及最大程度地减少生产停机时间。
质量上的优势:可获得更大的工艺范围,无飞溅和无孔隙的高质量焊缝,以及更高的机械强度和更低的电阻率,焊接质量的一致性可大大提高生产良品率。此外,蓝色激光还可以进行导热焊接模式,这是近红外激光所无法实现的。采用450nm波长的蓝光半导体光源,可以在导热模式下熔化铜材料,从而可以精确调整薄铜材料的熔池几何形状,稳定的能量吸收和导热过程的精确控制对于深熔焊接薄铜材料尤其重要,主要是因为它有助于防止因高压而导致对薄材料的切断或飞溅的产生。
蓝色激光将能有效地解决焊接异种金属的难题,因为每种材料具有独特的热学,光学和力学性能,所以异种金属焊接是一个挑战。异种金属的焊接通常会导致形成金属间化合物,即不同合金的区域,损害了接头的力学性能和电气性能以及一致性,而最新一代的蓝光半导体激光器的工艺参数范围广,可以焊接异种材料,且缺陷最少,虽然黄铜中的铜和锌具有明显不同的热性能,这对高品质的焊接提出了挑战,但对蓝光半导体激光而言,则很容易处理。
五、核心技术及未来发展
当前亟需解决以纯铜、纯金、高强铝为代表的高反射高导热材料的激光先进制造问题。蓝光吸收率是常规红外激光器的5-10倍,激光焊接时可达到无飞溅、无气孔、焊缝一致性成形好等优点。它也适用于电力输送、动力电池和航空航天燃烧室等Cu焊接或3D打印等应用场景。然而,蓝光半导体激光领域存在几个亟待攻克的核心技术:
核心技术之一:蓝光芯片单管
通常来说,蓝光单管指标要求为:连续单管≥5W(100μm宽度),中心波长450±10nm,电光效率≥35%,使用寿命≥5000h。目前,在实现蓝光单管高功率、高效率、高光束质量、高稳定性、模式特性和单管准直等方面还有很多工作要做。
核心技术之二:蓝光合束
蓝光合束方法主要包括空间合束、偏振合束、波长合束、光谱合束、光纤合束。其中,空间合束、偏振合束和光纤合束是在工业领域应用较多的手段。通过空间合束和偏振合束可以实现500W,1000W的蓝光激光器。就高亮度蓝光光纤耦合模块而言,500W模块的光纤≤400μm/0.22NA;1000W、1500W模块的光纤≤800μm/0.22NA;功率稳定≤±2%。
核心技术之三:蓝光衍变技术
蓝光衍变主要涉及了从蓝光光栅外腔到调谐再到压缩线宽方面的技术研究,以及蓝光倍频深紫外和蓝光超快等技术。
核心技术之四:蓝光复合及应用
蓝光复合技术主要包括蓝光+光纤复合、激光焊接机器人、焊接过程视觉检测、焊接位置跟踪等工艺的结合。通常情况下,高功率蓝光激光加工头,其功率承受能力≥1500W,焦点光斑直径≤1mm;复合应用激光加工头总承受功率≥6000W。高功率蓝光半导体激光焊接应用上,结合蓝光激光的高吸收率和光纤激光器的高功率,能够获得理想的焊接效果。此外,蓝光/红外耦合的双激光选区熔化增材制造也引发不少关注。
综上所述,蓝光半导体激光具有吸收效率高,高功率等一系列优势,但仍需要不断攻克合束技术,进一步提高光束质量。汉威激光拥有12年技术积累,可提供行业极致光束质量的蓝光激光模块。