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Ces dernières années, la puissance de la source laser a considérablement augmenté.La puissance de sortie de la source laser à fibres continues atteint 100 kW, celle du laser à fibres pulsées atteint 2 kW, celle du laser picoseconde industriel atteint des centaines de watts et celle du Laser femtoseconde des dizaines de watts.L'application industrielle de diverses sources laser est en expansion.Dans le même temps, le prix de la source laser a considérablement diminué, ce qui fait que le laser devient de plus en plus un nouvel outil acceptable dans l'industrie en tant que méthode d'usinage traditionnelle: le marquage, la profondeur et la coupe ont été entièrement matures, le soudage laser se développe rapidement et le nettoyage laser a montré un marché très large.Les lasers à impulsions ultracourtes sont entrés dans l'industrie.Cet article décrit plusieurs applications représentatives.
Soudage laser
Dans le domaine de la connexion des matériaux, le soudage laser de haute puissance se développe rapidement, en particulier dans l'industrie automobile traditionnelle et la fabrication de nouveaux véhicules énergétiques, le soudage laser a été très mature.À l'avenir, la demande dans les domaines de l'aérospatiale, de la construction navale et de la pétrochimie augmentera progressivement, ce qui favorisera la modernisation technologique des industries connexes.
01 fabrication automobile traditionnelle
À l'heure actuelle, l'industrie du soudage laser représente la plus grande partie de l'industrie automobile, ce qui ne changera pas au cours des prochaines années et le marché continuera de répondre à une demande énorme.La technologie de soudage laser comprend le soudage par auto - fusion laser, le soudage par fil de remplissage laser, le soudage par fil de remplissage laser, le soudage par balayage à distance, le soudage par balançoire laser, etc. grâce à ces technologies de soudage laser, la précision, la rigidité et l'intégration de la carrosserie du véhicule peuvent être améliorées, et la légèreté, les économies d'énergie et l'efficacité élevée peuvent être réalisées.Réaliser la protection de l'environnement et la sécurité des véhicules.Les lignes de production automatisées sont généralement utilisées dans la fabrication automobile moderne.Quel que soit le lien entre l'accident d'arrêt, il causera des pertes importantes.Cela exige également une grande stabilité et fiabilité de l'équipement de production.
En tant qu'unit é centrale de l'équipement de soudage laser, le laser a besoin d'une puissance de sortie élevée, d'une grande stabilité, d'un multicanal, d'une résistance à haute réflexion ou à haute réflexion, etc. le laser raycus a fait beaucoup de travail dans ce domaine et a produit un équipement de soudage stable et fiable.
02 fabrication de nouveaux véhicules énergétiques
L'industrie des nouveaux véhicules énergétiques se développe rapidement, les ventes mondiales et nationales augmentent régulièrement et la demande de composants de base tels que les batteries électriques et les moteurs d'entraînement augmente également.
La fabrication de batteries électriques et de moteurs d'entraînement exige beaucoup de soudage laser.Les principaux matériaux de la batterie de puissance sont l'alliage d'aluminium et le cuivre, tels que la batterie prismatique, la batterie cylindrique, la batterie d'emballage souple et la batterie à palettes. Le moteur à pince à cheveux est la tendance future du développement du moteur d'entraînement.Les enroulements et les ponts de ce moteur sont en cuivre.Le soudage de ces deux "matériaux à haute réflexion" a toujours été un problème.Même avec le soudage au laser, il existe encore des points douloureux tels que le formage des soudures, l'efficacité du soudage et les éclaboussures de soudage.
Pour résoudre ces problèmes, les gens ont fait beaucoup de recherches, y compris l'exploration de la technologie de soudage, la conception de la tête de soudage, etc. en ajustant la technologie de soudage et en choisissant différents points focaux, le formage de la soudure peut être amélioré et, dans une certaine mesure, le formage de la soudure peut être amélioré.Efficacité de soudage: grâce à la conception d'une variété de joints de soudage uniques, tels que les joints de soudage oscillants, les têtes de soudage hybrides laser à double longueur d'onde, le formage des soudures et les éclaboussures de soudage peuvent être grandement améliorés, et l'efficacité de soudage peut être grandement améliorée.Cependant, avec l'augmentation rapide de la demande, l'efficacité du soudage ne peut toujours pas répondre aux exigences.Les principales entreprises de sources laser ont introduit des lasers tunables par faisceau grâce à la mise à niveau technique des lasers.Le laser a deux sorties de faisceau laser coaxial, le rapport d'énergie de deux faisceaux laser peut être ajusté arbitrairement, et l'effet de soudage efficace et sans éclaboussure peut être obtenu lors du soudage de l'alliage d'aluminium et du cuivre, qui répond pleinement aux besoins de l'industrie automobile de la nouvelle énergie.Au cours des prochaines années, il deviendra le principal laser de l'industrie.
03 champ de soudage des tôles d'épaisseur moyenne
Le soudage des tôles d'épaisseur moyenne est une percée importante dans le soudage laser à l'avenir.Dans les industries de l'aérospatiale, de la pétrochimie, de la construction navale, de l'équipement nucléaire, du transport ferroviaire et d'autres industries, la demande de soudage des tôles d'épaisseur moyenne est énorme. Ces dernières années, en raison de la limitation de la puissance laser, l'application du soudage laser dans ces industries est très lente.Au cours des deux dernières années, la demande de modernisation industrielle et manufacturière de la Chine est devenue de plus en plus urgente.L'amélioration de la qualité et de l'efficacité est une exigence commune à tous les secteurs de la vie.Le soudage hybride à l'arc laser est considéré comme l'une des technologies les plus prometteuses pour le soudage des tôles d'épaisseur moyenne.
Le soudage hybride à l'arc laser présente les avantages d'une vitesse de soudage rapide, d'une grande épaisseur de pénétration, d'une faible apport de chaleur et d'une bonne qualité de soudage.Grâce aux efforts de nombreux chercheurs et praticiens concernés, la technologie de soudage hybride Laser - arc est devenue de plus en plus parfaite et a été appliquée dans des domaines tels que la fabrication automobile, la construction navale, la fabrication d'équipements aérospatiaux, les pipelines pétrochimiques et le transport ferroviaire.Entre - temps, la source laser ultra - haute puissance de 20 kW fabriquée en Chine a été mature et utilisée dans la coupe laser.Avec l'augmentation du niveau de localisation du laser et la chute rapide du prix, le soudage au laser a déjà les conditions de base nécessaires dans le domaine du soudage des tôles d'épaisseur moyenne et deviendra un point chaud à l'avenir.
Nettoyage au laser
Le nettoyage au laser est une nouvelle technologie de nettoyage écologique basée sur l'interaction entre le laser et la matière.Il présente les avantages d'une protection de l'environnement, d'une non - pollution, d'une grande efficacité, d'une large gamme d'applications et d'une intégration élevée.Dans un environnement mondial qui prône le concept de « Neutralité carbone », le nettoyage au laser remplacera progressivement les méthodes traditionnelles de nettoyage.
Selon le type de source laser utilisée pour le nettoyage laser, le nettoyage laser peut être divisé en nettoyage laser pulsé, nettoyage laser continu et nettoyage Composite pulsé continu.À l'heure actuelle, la recherche et l'application les plus répandues sont le nettoyage au laser pulsé, mais en raison de la limitation de puissance, l'efficacité de nettoyage n'est pas suffisante pour certaines pièces de grande taille et de grande épaisseur de revêtement.Entre - temps, la puissance laser continue couramment utilisée dans l'industrie a atteint 30 kW, de sorte que le laser raycus a essayé d'utiliser un laser continu de haute puissance pour le nettoyage laser et a développé la technologie et l'équipement de nettoyage.
Les résultats montrent que le nettoyage laser continu peut efficacement nettoyer la couche de peinture et la couche de rouille métallique sur la surface métallique.Par rapport au nettoyage au laser pulsé, l'efficacité du nettoyage est grandement améliorée.Cependant, à mesure que la puissance laser augmente, le processus de nettoyage s'accompagne d'un choc thermique plus important.Une forte oxydation se produit sur la surface du substrat métallique.Étant donné que la vitesse du galvanomètre a été réglée au maximum, des rayures laser et des résidus de nettoyage se produiront si la vitesse de nettoyage continue d'être augmentée.
À l'heure actuelle, la vitesse du galvanomètre de haute puissance avec une technologie mature au pays et à l'étranger ne dépasse pas 10 000 mm / S.Il s'agit d'un facteur important qui limite le développement du nettoyage laser continu de haute puissance et qui doit être résolu à l'avenir dans l'itération technique des équipements de soutien.En un mot, le nettoyage laser continu de haute puissance est une technologie laser très prometteuse, en particulier dans les domaines de la production automobile, de l'entretien des essieux montés des chemins de fer à grande vitesse, de la construction navale, de l'équipement des navires, etc.
Technologie laser à impulsions ultracourtes et son application
Dans l'industrie, les lasers dont la largeur d'impulsion est inférieure à 1 NS sont généralement appelés Lasers à impulsions ultracourtes.En raison de l'impulsion courte, de la puissance de crête élevée et du temps d'action court sur le matériau, l'effet thermique dans le processus d'usinage est très faible, de sorte qu'il est appelé "travail à froid".Sur la base de ces caractéristiques, les lasers à impulsions ultracourtes présentent des avantages évidents dans le traitement des matériaux durs et fragiles, des matériaux ultraminces et des matériaux flexibles.
01 coupe laser à impulsions ultracourtes de matériaux transparents
La technologie d'application de la source laser à impulsions ultracourtes dans la Coupe du verre, du saphir et d'autres matériaux transparents est très mature, et le marché d'application est également en expansion rapide.Le laser est réglé au faisceau de Bessel de telle sorte que sa profondeur focale soit supérieure à l'épaisseur du matériau et que la zone de modification soit générée à l'endroit où le laser est traité.Ensuite, sous l'action de la force externe, le matériau se fissure le long de la trajectoire d'usinage et la coupe est terminée.Il n'y a pas de fissure sur la surface du verre coupé par laser à impulsions ultracourtes, les copeaux sont contrôlés à moins de 10 μm et la section transversale est uniforme.À l'heure actuelle, les marchés matures se concentrent principalement sur la coupe de substrats de saphir dans l'industrie des semi - conducteurs, les couvercles en verre électronique grand public 3C et la coupe de panneaux d'affichage.Avec l'amélioration de la capacité de coupe du verre épais, la coupe laser à impulsions ultracourtes du verre automobile et du verre architectural est progressivement réalisée par la coupe traditionnelle du verre.
02 matériaux transparents soudés au laser à impulsions ultracourtes
La capacité de la source laser à impulsions ultracourtes à traiter les matériaux durs et cassants se reflète non seulement dans la coupe ou le perçage, mais aussi dans le soudage des matériaux transparents et cassants.La figure 9 montre un exemple d'affichage d'un verre soudé au laser à impulsions ultracourtes.La figure de gauche montre l'apparence du soudage et la figure de droite montre l'échantillon de soudage après l'essai de résistance;L'image de gauche de la figure 10 montre la soudure au microscope et l'image de droite montre la section transversale de la soudure observée au microscope.On peut voir que le soudage laser à impulsions ultracourtes de matériaux transparents, durs et fragiles n'a pas besoin de soudure intermédiaire et n'apportera pas d'autres contraintes aux matériaux.Haute résistance au soudage, bonne étanchéité.Pour l'emballage des composants électroniques micro - ondes et des puces biomédicales.L'application a un grand potentiel.
03 traitement de films minces flexibles par laser à impulsions ultracourtes
L'utilisation d'une source laser à impulsions ultracourtes pour fabriquer un film de revêtement Pi sur une carte de circuit flexible est l'un des marchés d'application laser à impulsions ultracourtes matures.Le traitement laser à impulsions ultracourtes du revêtement Pi a une grande précision de coupe et aucun matériau déformé, ce qui peut grandement améliorer la qualité du produit et réduire les coûts de production.Les avantages de l'usinage laser à impulsions ultracourtes sont encore évidents pour les couches minces flexibles à structure composite multicouche.Comme le montre la figure 11, l'effet thermique est faible, l'interface de coupe est claire et il n'est pas facile de produire des défauts tels que des courts - circuits.Avec la popularisation de l'écran pliant et le développement de la technologie d'affichage portable, la demande de matériaux à couches minces flexibles traités par laser à impulsions ultracourtes augmentera considérablement.
Application d'un MODULATEUR OPTIQUE spatial 04 dans un laser à impulsions ultracourtes
Bien que la source laser à impulsions ultracourtes ait une grande précision d'usinage et une bonne qualité d'usinage, la puissance du laser à impulsions ultracourtes n'est pas élevée et l'efficacité d'usinage est faible dans certaines applications.Avec le développement de la technologie laser à impulsions ultracourtes et l'augmentation de la puissance laser à impulsions ultracourtes, la technologie de traitement parallèle a reçu une grande attention.Le traitement parallèle signifie qu'un faisceau est divisé en plusieurs faisceaux et traité simultanément.Il existe de nombreuses façons de réaliser le traitement parallèle, dont la plus courante est la technologie des éléments optiques diffractifs ou des modulateurs de lumière spatiale.Le diagramme de gauche de la figure 12 est un schéma d'un système de traitement laser utilisant un modulateur de lumière spatiale et le diagramme de droite est un schéma du principe du réseau Daman [5].La figure 13 est un Code bidimensionnel formé par un traitement parallèle d'un laser à impulsions ultracourtes sans balayage galvanique.La technologie parallèle a doublé l'efficacité du traitement laser à impulsions ultracourtes, ce qui promet d'étendre la technologie de traitement laser à impulsions ultracourtes à d'autres domaines d'application.
Perspectives d'avenir
La technologie laser a de vastes perspectives d'application, en particulier l'application de la technologie de traitement laser dans le domaine industriel, qui est propice à la modernisation de la chaîne industrielle et au développement de la fabrication intelligente.Au cours de ce processus, plusieurs directions méritent d'être notées:
Localisation complète du laser et de l'équipement en amont.Les fabricants nationaux de lasers, dirigés par raycus laser, atteignent cet objectif;
Recherche et développement de produits laser haut de gamme;
La vulgarisation de la technologie d'application laser et la vulgarisation du traitement laser dans le domaine industriel;
Localisation des produits de soutien, y compris les têtes de traitement, les systèmes CNC, les robots, etc.
