近赤外线レーザーの限界とブレークスルー

過去数十年にわたって、高出力CWレーザーは、溶接、クラッディング、表面処理、硬化、ろう付け、切断、3D印刷などのアプリケーションをカバーする、現代の製造で一般的なツールになりました。そして付加的な製造。 高出力10.6µ m波长二酸化炭素 (CO2) レーザーの生成と近赤外1064nm波長半導体-ポンピングされたNd:YAG固体レーザー、高出力CWレーザー技術は、開発の最初のピークを見てきました。

NIRレーザーの制限

その波長のために、二酸化炭素レーザーは光ファイバーを介して送信することが困難であり、産業用途に特定の困難を引き起こします。一方、ソリッドステートレーザーは、明るさと電力増幅機能によって制限されます。 これらのCW高出力ファイバーレーザーは通常、1µ m以内の近赤外 (NIR) 波長で動作します。これは多くのアプリケーションで問題ありません。 たとえば、吸収率が50% を超える鋼の加工に適しています。しかし、一部の金属は、その表面に入射する近赤外レーザー放射の90% 以上を反射するという事実によって制限される。 特に、銅や金などの黄色の金属をNIRレーザーで溶接する場合、吸収率が低いということは、溶接プロセスを開始するために多くのレーザー出力が必要であることを意味します。

深い浸透モード溶接は、レーザービームが材料を通過するときに金属および金属蒸気と複数回相互作用するため、レーザービームの高い吸収をもたらします。 ただし、近赤外レーザーで鍵穴をアクティブにするには、特に溶接される材料の反射率が高い場合、かなりの入射レーザー強度が必要です。 そして、鍵穴が形成されると、吸収率が急激に上昇し、高出力の近赤外レーザーによる溶融プール内の高い金属蒸気圧がスパッタと多孔性を引き起こす可能性があります。そのため、レーザー出力または溶接速度を注意深く制御して、溶接部から過剰なスパッターが吐き出されるのを防ぐ必要があります。 溶融プールが固化すると、金属蒸気やプロセスガスの「気泡」も閉じ込められ、溶接シームにボイドが生成される可能性があります。 このような多孔性は溶接強度を弱め、ジョイントの抵抗率を高め、溶接ジョイントの品質を低下させます。 したがって、NIRレーザーは、1 µ mで吸収率 <5% の銅などの材料を処理するのが非常に困難です。 これらの高反射率材料をより良く処理するために、処理された材料にプラズマを発生させることによって材料のレーザー光の吸収率を増加させるなどの方法が採用されている。 ただし、これらの方法は材料処理を深浸透プロセスに制限するため、薄い材料の熱伝導モード溶接は不可能であり、スパッタリングと制御されたエネルギー蒸着の固有のリスクがあります。 したがって、波長1 µ mの既存のレーザーシステムには、非鉄金属などの反射率の高い材料を処理する場合や、水中での用途には限界があります。

近赤外レーザーのブレークスルー

これらの近赤外レーザーの用途が制限されている領域を開発するために、新しいレーザー光源を調査する必要があります。 さらに、温室効果ガスを削減するために、新しいエネルギー車はガソリンエンジンと内燃機関を電気エンジンに置き換えています。 電気モーター、特にパワーバッテリーの建設に多くの銅を使用することで、信頼性の高い銅処理ソリューションに対する大きな需要が生まれました。風力タービンなどの他の再生可能エネルギーシステムでも同様に幅広い用途があります。

今日、高出力の工業用ファイバーレーザーは、ファイバーを介して供給できる高輝度の高出力レーザーのソリューションになっています。 今日、ファイバーレーザーは、大部分のアプリケーションでCO2レーザーに取って代わり、多くの産業用加工アプリケーションで効果的に使用されています。 特に近年、CO2レーザーよりも高速、効率、信頼性のあるレーザー溶接や切断などの産業用レーザーの主力製品となっています。