Limitations et percées des lasers à infrarouge proche

Au cours des dernières décennies, les lasers CW haute puissance sont devenus un outil courant dans la fabrication moderne, couvrant des applications telles que le soudage, le revêtement, la préparation de surface, le durcissement, le brasage, la coupe, l'impression 3D, et fabrication additive. Avec la génération de lasers à dioxyde de carbone (CO2) de haute puissance de 10,6 µm de longueur d'onde etSemi-conducteur de longueur d'onde proche infrarouge 1064nm-Pompé Nd:YAGLasers à semi-conducteurs, La technologie laser CW haute puissance a connu le premier pic de développement.

Limitations des lasers NIR

En raison de sa longueur d'onde, les lasers à dioxyde de carbone sont difficiles à transmettre à travers les fibres optiques, ce qui pose certaines difficultés pour les applications industrielles; tandis que les lasers à semi-conducteurs sont limités par leurs capacités d'amplification de luminosité et de puissance. Ces lasers à fibre haute puissance CW fonctionnent généralement à des longueurs d'onde proche infrarouge (NIR) à moins de 1 µm, ce qui convient à de nombreuses applications. Par exemple, il convient à l'usinage d'aciers avec une absorption supérieure à 50%, mais est limité par le fait que certains métaux reflètent 90% ou plus du rayonnement laser proche infrarouge incident à leur surface. Surtout lors du soudage de métaux jaunes tels que le cuivre et l'or avec des lasers NIR, le faible taux d'absorption signifie que beaucoup de puissance laser est nécessaire pour démarrer le processus de soudage.

Le soudage en mode de pénétration profonde entraîne une absorption élevée du faisceau laser car le faisceau laser interagit plusieurs fois avec le métal et la vapeur métallique lors de son déplacement à travers le matériau. Cependant, l'activation d'un trou de serrure avec un laser proche infrarouge nécessite une intensité laser incidente considérable, en particulier lorsque le matériau soudé est hautement réfléchissant. Et une fois qu'un trou de serrure est formé, l'absorptivité augmente brusquement et la pression de vapeur de métal élevée dans la piscine fondue par le laser proche infrarouge de haute puissance peut provoquer des éclaboussures et de la porosité, de sorte que la puissance du laser ou la vitesse de soudage doit être soigneusement contrôlée pour éviter que les éclaboussures excessives ne crachent hors de la soudure. Au fur et à mesure que la piscine fondue se solidifie, des «bulles» dans les vapeurs métalliques et les gaz de traitement peuvent également être piégées, créant des vides dans le joint de soudure. Une telle porosité affaiblit la résistance de la soudure et augmente la résistivité du joint, résultant en un joint soudé de qualité inférieure. Par conséquent, les lasers NIR sont très difficiles à traiter des matériaux tels que le cuivre avec une absorption <5% à 1 µm. Afin de mieux traiter ces matériaux à haute réflectivité, des méthodes telles que l'augmentation du taux d'absorption du matériau de la lumière laser en générant du plasma sur le matériau traité ont été adoptées. Cependant, comme ces méthodes limitent le traitement des matériaux aux processus de pénétration profonde, le soudage en mode conduction thermique de matériaux minces n'est pas possible et il existe des risques inhérents de pulvérisation et de dépôt d'énergie contrôlée. Par conséquent, les systèmes laser existants d'une longueur d'onde de 1 µm ont leurs limites lors du traitement de matériaux hautement réfléchissants tels que les métaux non ferreux, ainsi que dans les applications sous-marines.

Une percée dans les lasers proche infrarouge

Afin de développer les zones d'application restreintes de ces lasers à proche infrarouge, de nouvelles sources de lumière laser doivent être étudiées. De plus, afin de réduire les gaz à effet de serre, les véhicules à énergie nouvelle remplacent les moteurs à essence et les moteurs à combustion interne par des moteurs électriques. L'utilisation de beaucoup de cuivre dans la construction de moteurs électriques, en particulier de batteries de puissance, a créé une énorme demande pour des solutions fiables de traitement du cuivre, et a une gamme tout aussi large d'applications dans d'autres systèmes d'énergie renouvelable tels que les éoliennes.

Aujourd'hui, les lasers à fibre industrielle haute puissance sont devenus la solution pour les lasers haute luminosité et haute puissance qui peuvent être délivrés par fibre. Aujourd'hui, les lasers à fibre ont remplacé les lasers à CO2 dans la grande majorité des applications et sont effectivement utilisés dans de nombreuses applications de traitement industriel. Surtout ces dernières années, il est devenu le cheval de bataille des lasers industriels, tels que le soudage et la découpe au laser, qui ont une vitesse, une efficacité et une fiabilité supérieures à celles des lasers à CO2.