Limitaciones y avances de los láseres de infrarrojos cercanos

En las últimas décadas, los láseres CW de alta potencia se han convertido en una herramienta común en la fabricación moderna, cubriendo aplicaciones como soldadura, revestimiento, preparación de superficies, endurecimiento, soldadura fuerte, corte, impresión 3D, y fabricación aditiva. Con la generación de láseres de dióxido de carbono (CO2) de longitud de onda de 10,6 µm de alta potencia ySemiconductor de longitud de onda de 1064nm infrarrojo cercano-Bombeado Nd:YAGLáseres de estado sólido, La tecnología láser CW de alta potencia ha visto el primer pico de desarrollo.

Limitaciones de los láseres NIR

Debido a su longitud de onda, los láseres de dióxido de carbono son difíciles de transmitir a través de fibras ópticas, lo que causa ciertas dificultades para las aplicaciones industriales; mientras que los láseres de estado sólido están limitados por su brillo y capacidades de amplificación de potencia. Estos láseres de fibra de alta potencia CW suelen funcionar en longitudes de onda del infrarrojo cercano (NIR) dentro de 1 µm, que están bien para muchas aplicaciones. Por ejemplo, es adecuado para el mecanizado de aceros con una absortividad de más de 50%, pero está limitado por el hecho de que algunos metales reflejan 90% o más de la radiación láser del infrarrojo cercano que incide en su superficie. Especialmente al soldar metales amarillos como el cobre y el oro con láseres NIR, la baja tasa de absorción significa que se requiere una gran cantidad de potencia del láser para iniciar el proceso de soldadura.

La soldadura en modo de penetración profunda da como resultado una alta absorción del rayo láser porque el rayo láser interactúa varias veces con el metal y el vapor de metal a medida que viaja a través del material. Sin embargo, la activación de un ojo de cerradura con un láser de Infrarrojo Cercano requiere una intensidad de láser incidente considerable, especialmente cuando el material que se está soldando es altamente reflectante. Y una vez que se forma un ojo de cerradura, La absortividad aumenta bruscamente, y la alta presión de vapor de metal en la piscina fundida por el láser infrarrojo cercano de alta potencia puede causar salpicaduras y porosidad, por lo que la potencia del láser o la velocidad de soldadura deben controlarse cuidadosamente para evitar que las salpicaduras excesivas salgan de la soldadura. A medida que la piscina fundida se solidifica, las "burbujas" en los vapores metálicos y los gases de proceso también pueden quedar atrapadas, creando huecos en la costura de soldadura. Tal porosidad debilita la resistencia de la soldadura y aumenta la resistividad de la Junta, lo que da como resultado una junta soldada de menor calidad. Por lo tanto, los láseres NIR son muy difíciles de procesar materiales como el cobre con absortividad <5% a 1 µm. Para procesar mejor estos materiales de alta reflectividad, se han adoptado métodos como aumentar la tasa de absorción de luz láser del material generando plasma en el material procesado. Sin embargo, debido a que estos métodos limitan el procesamiento del material a los procesos de penetración profunda, la soldadura en modo de conducción térmica de materiales delgados no es posible, y existen riesgos inherentes de pulverización catódica y deposición de energía controlada. Por lo tanto, los sistemas láser existentes con una longitud de onda de 1 µm tienen sus limitaciones al procesar materiales altamente reflectantes como metales no ferrosos, así como en aplicaciones subacuáticas.

Un gran avance en los láseres de infrarrojo cercano

Para desarrollar las áreas de aplicación restringidas de Estos láseres de infrarrojo cercano, se deben investigar nuevas fuentes de luz láser. Además, para reducir los gases de efecto invernadero, los vehículos de nueva energía están reemplazando los motores de gasolina y los motores de combustión interna por motores eléctricos. El uso de una gran cantidad de cobre en la construcción de motores eléctricos, especialmente baterías de Energía, ha creado una gran demanda de soluciones de procesamiento de cobre confiables, Y tiene una gama igualmente amplia de aplicaciones en otros sistemas de energía renovable como las turbinas eólicas.

Hoy en día, los láseres de fibra industrial de alta potencia se han convertido en la solución para láseres de alto brillo y alta potencia que se pueden entregar a través de la fibra. Hoy en día, los láseres de fibra han reemplazado a los láseres de CO2 en la gran mayoría de las aplicaciones y se utilizan eficazmente en numerosas aplicaciones de procesamiento industrial. Especialmente en los últimos años, se ha convertido en el caballo de batalla de los láseres industriales, como la soldadura y el corte por láser, que tiene mayor velocidad, eficiencia y fiabilidad que los láseres de CO2.