근적외선 레이저의 제한 및 혁신

지난 수십 년 동안 고출력 CW 레이저는 용접, 클래딩, 표면 준비, 경화, 납땜, 절단, 3D 프린팅, 그리고 첨가제 제조. 고출력 10.6µm 파장 이산화탄소 (CO2) 레이저의 생성과근적외선 1064nm 파장 반도체-펌핑 Nd:YAG고체 레이저, 고출력 CW 레이저 기술은 개발의 첫 번째 피크를 보았습니다.

NIR 레이저의 제한

그 파장으로 인해 이산화탄소 레이저는 광섬유를 통해 전달하기가 어렵 기 때문에 산업 분야에 어려움이 있습니다. 고체 레이저는 밝기 및 전력 증폭 기능에 의해 제한됩니다. 이러한 CW 고출력 파이버 레이저는 일반적으로 1µm 내의 근적외선 (NIR) 파장에서 작동하며, 이는 많은 응용 분야에 적합합니다. 예를 들어, 50% 이상의 흡수성을 가진 강철을 가공하는 데 적합합니다. 그러나 일부 금속은 표면에 입사하는 근적외선 레이저 방사선의 90% 이상을 반사한다는 사실에 의해 제한됩니다. 특히 구리 및 금과 같은 황색 금속을 NIR 레이저로 용접 할 때 낮은 흡수율은 용접 공정을 시작하기 위해 많은 레이저 전력이 필요하다는 것을 의미합니다.

깊은 침투 모드 용접은 레이저 빔이 재료를 통해 이동할 때 금속 및 금속 증기와 여러 번 상호 작용하기 때문에 레이저 빔의 높은 흡수를 초래합니다. 그러나, 근적외선 레이저로 키홀을 활성화하는 것은 특히 용접되는 재료가 매우 반사적일 때 상당한 입사 레이저 강도를 요구한다. 그리고 일단 열쇠 구멍이 형성되면 흡수율이 급격히 상승하고 고출력 근적외선 레이저에 의한 용융 풀의 높은 금속 증기압은 팽창과 다공성을 유발할 수 있습니다. 따라서 레이저 전력 또는 용접 속도는 용접에서 과도한 스패터가 분출되는 것을 방지하기 위해 신중하게 제어되어야합니다. 용융 풀이 고형화됨에 따라, 금속 증기 및 공정 가스의 "기포" 가 또한 포획되어 용접 이음매에 공극을 생성할 수 있다. 이러한 다공성은 용접 강도를 약화시키고 조인트의 저항을 증가시켜 품질이 낮은 용접 조인트를 초래한다. 따라서, NIR 레이저는 1 ㎛에서 흡수율 <5% 갖는 구리와 같은 재료를 가공하는데 매우 도전적이다. 이러한 고반사율 물질을 더 잘 처리하기 위해, 가공 재료 상에 플라즈마를 생성함으로써 레이저 광의 재료의 흡수율을 증가시키는 것과 같은 방법이 채택되었다. 그러나, 이들 방법은 재료 처리를 깊은 침투 공정으로 제한하기 때문에, 얇은 재료의 열전도 모드 용접은 불가능하며, 스퍼터링 및 제어된 에너지 증착의 고유한 위험이 있다. 따라서, 1 ㎛의 파장을 갖는 기존의 레이저 시스템은 비철금속과 같은 고반사성 재료를 가공할 때 뿐만 아니라 수중 응용분야에서도 한계가 있다.

근적외선 레이저의 돌파구

이러한 근적외선 레이저의 제한된 적용 영역을 개발하기 위해 새로운 레이저 광원을 조사해야합니다. 또한 온실 가스를 줄이기 위해 새로운 에너지 차량이 가솔린 엔진과 내연 기관을 전기 엔진으로 대체하고 있습니다. 전기 모터, 특히 전력 배터리의 건설에 많은 구리를 사용하면 신뢰할 수있는 구리 처리 솔루션에 대한 수요가 커졌습니다. 풍력 터빈과 같은 다른 재생 가능 에너지 시스템에서 똑같이 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다.

오늘날 고출력 산업용 섬유 레이저는 광섬유를 통해 전달 될 수있는 고휘도, 고출력 레이저의 솔루션이되었습니다. 오늘날, 파이버 레이저는 대부분의 응용 분야에서 CO2 레이저를 대체했으며 수많은 산업 처리 응용 분야에서 효과적으로 사용되고 있습니다. 특히 최근에는 CO2 레이저보다 속도, 효율 및 신뢰성이 높은 레이저 용접 및 절단과 같은 산업용 레이저의 주역이되었습니다.