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大科激光發布天狼星激光器 有效解決動力電池加工難題

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放大字體  縮小字體 發布日期:2022-05-13   瀏覽次數:1324
核心提示:誰是夜空中最亮的星?在地球上仰望夜空,肉眼可見的最亮的恒星非天狼星莫屬。天狼星(Sirius)的名字來源于古希臘(∑εριο)

誰是夜空中最亮的星?在地球上仰望夜空,肉眼可見的最亮的恒星非天狼星莫屬。天狼星(Sirius)的名字來源于古希臘(∑εριο),意為發光或灼燒。在某些古老的部落,天狼星被認為是“太陽背后的太陽”,是太陽力量的來源。從古至今,圍繞天狼星衍生出了不計其數的神話和傳說。它璀璨、熾熱,引人矚目,又神秘、夢幻,讓人心向往之。

在我國激光行業的璀璨群星中,近期也誕生了一顆“天狼星”。湖南大科激光近期發布了全新的天狼星系列光纖激光器,它擁有近乎極致的光束質量和穩定持久的性能,攻克了過去光纖激光器在新能源電池焊接中遇到的諸多難題,為新能源電池市場提供更高效率和更優質量的焊接解決方案。


“天狼星”由來——以更高亮度 為高端應用市場引路


2021年,我國光纖激光器市場再度迎來發展高峰,全年市場規模接近125億元,同比增長33%,其中國產激光器市場份額接近70%。在市場高速發展、國產品牌加速崛起的過程中,這一市場卻因產品同質化而陷入價格戰泥潭——部分激光器企業主動降價搶占市場,而設備集成商在采購激光器時也片面強調功率和價格,“X kW多少錢”已成為集成商接觸激光器企業的開場白。

實際上,這樣的觀念只是把激光器視為單純的功率器件,而忽略了激光器的另一個重要特性——亮度,也忽略了亮度背后的價值。眾所周知,激光的四個基本特性是方向性好、單色性好、相干性好、亮度高。亮度表示了激光的明亮程度,其定義是:光源在單位面積、單位頻帶寬度和單位立體角內發射的光功率,簡單來說就是“單位空間內激光的功率”。亮度是衡量激光器綜合性能的重要指標之一,也是研究激光應用的重要參考依據。

目前,光纖激光器更多應用在金屬下料市場。在這一粗放型市場中,高亮度的作用并不明顯,但更高功率卻能帶來切割速度和切割能力的提升,因此過去十年間光纖激光器一直在追求更高功率。隨著我國產業升級的加速,越來越多的高端制造業對激光技術需求增加,也對激光的亮度提出了更高要求。例如,動力電池的切割、焊接過程中常會遇到銅、鋁等高反材料,普通亮度的激光器在加工這些材料時往往面臨工藝窗口窄、熔池可控性低、易產生飛濺、焊接缺陷明顯等痛點。為解決這樣的痛點,具有更高亮度的天狼星系列光纖激光器應運而生。

亮度接近極致——效率、質量、工藝窗口均提升

OFweek維科網·激光獲悉,大科激光通過獨特的光路設計和工藝處理,抑制了橫向模式不穩定和受激拉曼散射,實現了2.2kW純單模(M2<1.1,接近衍射極限)輸出,能量傳輸光纖(芯徑為14μm,NA為0.07)長度達到7m,拉曼抑制比優于-35dB。這一系列突破,奠定了天狼星系列激光器(Sirius-1000W~4000W)的技術基礎。

2kW輸出時光束質量M2為1.07

相比20μm芯徑,14μm芯徑光纖輸出的單模激光對應的焦點光斑面積縮小了51%,功率密度提升1倍,從而實現在較低輸出功率下熔化銅鋁等高反射率金屬,不僅大幅降低生產能耗,還在提升生產效率同時縮小焊接中的熱影響區,從而減少熔池飛濺和降低焊縫缺陷率。

為驗證這一理論,OFweek維科網·激光聯合大科激光實驗室分別用芯徑為14μm、20μm、50μm的2kW激光器進行紫銅焊接測試,在確保熔深為1.46mm的情況下,我們得出結論:芯徑為14μm的單模激光器焊接紫銅無明顯缺陷,且速度是20μm的準單模激光器的1.5倍,是50μm的多模激光器的4.5倍。實驗數據如下:

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更重要的是,芯徑為14μm的單模激光器可以在保持熔寬基本不變的情況下,逐漸增加熔深,實現穿透深度可控,為新能源、3C、電力等行業所需的高反材料(如鋁、黃銅、紫銅)的高質量、高精度焊接提供了優質解決方案。

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其次,芯徑為14μm的單模激光器的熔深穩定。在-3~2.5mm的離焦量范圍內,熔深變化只有±0.25mm,可以完美地解決由于熔深不穩定造成的虛焊問題,具有更寬的工藝窗口。

品質穩如恒星——國產供應鏈提供穩定支撐

實際上,早在2021年6月,大科激光便已做出了天狼星Sirius-2000W 14μm激光器的原理樣機,實現了M2<1.1、拉曼抑制優于-35dB、傳輸光纖達到7米的指標。但大科激光在此后進行了長達8個月的應用測試和可靠性驗證工作,一方面是總結相關的技術優勢,另一方面則是針對穩定性、可靠性進行改進升級。

眾所周知,在光纖激光器的長期使用中,不可避免會出現光子暗化效應及受激拉曼散射。天狼星激光器樣機在烤機測試初期表現穩定,但隨著烤機時間增長開始出現功率波動現象。大科激光的技術人員對此進行了多輪優化與迭代,開發出用于模式凈化的DEC技術和用于抑制拉曼光的RSF技術,最終使天狼星激光器通過了長達720小時的烤機測試,消除了光子暗化現象,確保了整機功率的長期可靠性。

大科激光董事長郭少鋒表示:“我們之所以把這一系列激光器命名為天狼星系列,正是因為它與天狼星具備同樣的特質。第一,天狼星是恒星,而我們的激光器經過驗證,功率穩定性就像恒星一樣。第二,天狼星是最亮的恒星,而我們的天狼星激光器亮度也是極高的,2kW激光測試的光束質量M2為1.07,已經充分接近激光光束質量的理論極限值?!?

值得一提的是,在天狼星激光器進行穩定性測試的初期,是國產器件版與進口器件版同步進行的。隨著測試的深入,大科激光發現國產器件的性能與穩定性與進口器件幾乎沒有差異?;诠湴踩目紤],最終大科激光選擇大批量導入國產元器件。目前,大科激光天狼星產線已經建成,月產能超過300臺??梢哉f,穩定可靠的國產元器件供應是天狼星激光器穩定量產的基石。

奔向星辰大?!槍Ω叨耸袌鋈€產品升級

如前文所說,目前光纖激光器的應用主要是金屬下料市場,大家對亮度的價值認知尚不充分。天狼星系列激光器的出現,對高亮度激光器的應用破局有著重要意義。郭少鋒博士表示:“隨著制造業的升級,光纖激光器必將從功率時代發展到亮度時代。大科激光將會堅持亮度為王的思想,加強對高亮度、細纖芯激光器應用的探索。天狼星是夜空中最亮的恒星,天狼星激光器也將憑借極高的亮度,為新能源電池焊接、3D打印等行業提供更優的制造方案?!?

天狼星激光器-軟包極耳焊接

天狼星激光器-方形極耳焊接

天狼星激光器-防爆閥焊接

天狼星激光器-極柱焊接

天狼星激光器-密封釘焊接

天狼星激光器-匯流排焊接

除天狼星系列外,大科激光還對旗下全線產品進行了重新定義。如:

金牛座(Taurus)系列激光器,功率段覆蓋6kW-20kW,憑借獨特的HBSC(高亮度合束)技術,適用于大功率激光切割市場。

獅子座(Leo)系列激光器,功率段覆蓋1.5kW-3kW,憑借獲得湖南省專利一等獎的BRP(后向光防護技術)技術,能夠確保穩定切割高反材料。

飛馬座(Pegasus)系列激光器,功率段覆蓋500W-1500W,憑借HPPS(高精度功率穩定技術)技術,適用于3D打印市場。

半人馬(Centaurus)系列激光器主要為窄線寬系列激光器,功率段覆蓋500W-1500W,適用于各類科研定制市場。

這一系列產品的重新命名,既凸顯了大科激光將高亮度激光應用推向星辰大海的決心,又預示著激光行業即將打破同質化競爭局面,從通用化市場逐步走向體現技術特點的細分市場。

從某種角度來說,在應用層面上更好地發揮高亮度、細纖芯激光器的價值,比單純把激光器指標做出來的難度更大。正如郭少鋒博士所言:“目前我們在光源技術儲備上已經具備一定的超前性,但在應用方面還需要努力開拓。我們的應用團隊正和客戶展開深度合作,根據具體的應用需求,針對性地改進激光器功能。我們希望把全系列的高亮度光纖激光器都能夠很好地運用起來,也希望跟合作伙伴攜手拓展高亮度激光器的應用領域,為激光行業及相關的行業發展做出貢獻?!?

 
 
 
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