不限于金属加工光纤激光器应用再次打开新方向

激光设备 481 2023-10-31

近几年，国产光纤激光器进步非常明显，形成了高功率、高亮度、高集成等技术路线，在材料加工应用领域不断发掘新的市场机会，成为产业发展的重要推动牵引力。另一方面，随着非金属材料在新能源、生物医疗、新型显示等新兴产业应用愈发广泛，激光加工替代传统工艺也成为行业发展的重要方向。 

Part.01

2μm激光器有何特别之处？


从原理上来看，2μm波段处于人眼的安全波段，对NO、H2O、CO2等有着良好的吸收谱线，可以应用于激光雷达、空间通信、生物医疗、材料加工等多个方向。

在材料加工领域，金属加工预估占据了工业激光市场超过85%的份额，而非金属加工目前只占据不到15%的份额。目前，欧洲、美国与日本在非金属加工工艺开发与探索方面处于领先地位。由于工艺不够成熟，加之需要根据不同材料，适用不同功率、波长的激光，国内在非金属加工领域关注并不多。近些年，在节能减排的大背景下，非金属材料应用愈发普及。

以汽车行业为例，“以塑代钢”正成为轻量化的重要举措，无论是外装饰件、内装饰件，塑料用量都在不断地增加。随着工程塑料硬度、强度、拉伸性能的不断提高，塑料车窗、车门、骨架甚至更多的汽车关键性部件都在采用塑料替代钢材料。而这也将进一步带动非金属材料激光加工应用的普及。

从波段来看，2μm激光器在材料处理特别是塑料处理方面非常具有吸引力，大多数相近的塑料材料在2μm附近有足够强的吸收，所以可以直接进行材料处理，用吸收的能量可以进行切割、熔接和标刻。基于非金属材料加工需求的发展，2μm激光器成为近十年光纤激光器领域研究热点。 

为了进一步满足应用需求，国内光纤激光器领域“隐形冠军”杰普特特别推出了新一代2μm CW掺铥光纤激光器，平均输出功率达到200W，中心波长1940nm，采用水冷散热及抽屉式设计，具有电光转换效率高、能耗低、免调节维护、光纤柔性传导输出、结构紧凑、体积小、重量轻、便于搬运及运输等众多优点，为生物医疗、塑料切割和焊接、环境监测等应用提供理想光源。   

Part.02

塑料激光焊接打开新的应用市场

激光焊接塑料又称为激光透射焊接，激光器产生的光束聚焦于待焊接区域，即激光束透过上面零件，在两零件接触面被另一个零件吸收，形成热作用区（焊缝）。热作用区处的塑料被融化，热熔状态下的塑料大分子在焊接压力的作用下互相扩散，产生范德华力，进而将两个零件紧密地连接在一起。


相对于胶粘、热熔焊接、超声波焊接、振动焊接等传统的焊接工艺，激光塑料焊接具有无物理接触、焊接效果好平滑光洁、自动化程度高等优势。由于PP、PC、PMMA等热塑性塑料对于2μm波段光的吸收率相对可见光与近红外波段有明显提高，采用2μm掺铥光纤激光器焊接更具竞争力。

在汽车应用中，PC材料在大灯中的塑料类材料中占比50%左右，一般用于汽车尾灯壳体及饰板。PP材料在车灯塑料类材料中占比30%左右，通常用于尾灯的后盖、饰板和线束导槽、前照灯的壳体和后盖。而PMMA光学性能优异，透光率可达90%-92%，折射率1.49，表面硬度高和及综合性能优异，主要用作光学透明制品、尾灯外配光镜和车内氛围灯的光导材料。   

通过采用杰普特2μm CW掺铥光纤激光器进行PP、PC、PMMA材料焊接测试，可实现均匀一致焊缝，焊缝平整光滑、无气孔、无过烧等现象。其中，在PC材料焊接中，1.5mm焊宽下剪切力超过1300N，测试母材断裂。PP材料焊接，2mm焊宽下剪切力超过1000N，测试母材断裂。PMMA材料焊接中，1.3mm焊宽下剪切力超过800N，测试母材断裂。

而在异种材料焊接中，杰普特2μm CW掺铥光纤激光器表现依旧非常出色。经过测试，PC透+PMMA黑色样板测试焊道平稳一致，可得到有效焊接效果；PMMA透+PC黑色样板测试焊道出现轻微波动，拉力测试母材断裂，可得到有效焊接效果。       
  
激光塑料焊接现主要应用在车灯、汽车仪表盘和汽车零配件等塑料制件。根据中国汽车工业协会数据，1月至9月，中国汽车产销累计2107.5万辆和2106.9万辆，同比分别增长7.3%和8.2%，保持稳定增长趋势。随着中国新能源汽车的快速崛起，对于塑料加工的需求愈发旺盛。作为一种新型焊接工艺，2μm光纤激光器将得到进一步应用普及。

Part.03

除了塑料焊接，2μm激光还有大用途


生物医疗分析仪器通常要求无菌，不能有任何化学物质参杂等等。激光焊接作为一种非接触式焊接方法，特别适用这类产品的生产。在医疗器械领域，塑料激光焊接主要应用于注射系统、医疗电子设备、各种人造移植及造口产品等等。
2µm激光用于外科手术领域

除了塑料焊接之外，2µm激光在水里有合适的吸收峰，特别适合于医疗应用，可以让激光在皮肤内的穿透深度不超过几百µm。生物组织的主要成分是水，对2µm激光的高吸收可以实现极小范围的加热，从而实现精密切割，迅速止血，是许多外科手术的最佳选择。

尺寸仅50μm微作用区域能够保持角质层支架不变，实现表皮的新生与重建，短期即可修复；激光精准作用真皮层，可激发肌肤微创机制，完成胶原再生重塑；同时需微秒级动态脉冲时间，千赫兹高速阶跃响应，体验快速舒适...这些都是2µm激光的优势！

根据研究机构Allied Market Research市场调研报告，2016年全球激光医疗市场达到51.16亿美元，预计2023年将增加至125.86亿美元，年均增长约为13.6%。中国医疗器械行业协会激光医疗市场调研显示，全国各主要医院目前大多已建立了激光医疗中心。随着关键技术不断突破，中国激光医疗产业有望迎来新的爆发期。作为理想的光源，2µm激光也将大显身手！

Part.04

小 结


相对于金属加工，以塑料为代表的非金属材料加工对于光源品质和工艺要求更高。杰普特在激光领域深耕多年，同时拥有脉冲、连续、固体、超快激光器技术及核心自动化技术。2μm CW掺铥光纤激光器的发布，将助力激光新应用市场的打开，为产业链提供更具竞争力的光源！
来源：杰普特

标签：杰普特 光纤激光 激光器
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