Fünf Anwendungen von Hochleistungs-Halbleiterlasern in industriellen Bereichen

Mit der Entwicklung der Halbleiterchiptechnologie und der optischen Technologie wurde die Ausgangsleistung von Halbleiterlasern kontinuierlich verbessert, die Strahlqualität deutlich verbessert und mehr Anwendungen im industriellen Bereich gewonnen.

Gegenwärtig übertreffen die Ausgangsleistung und Strahlqualität industrieller Hochleistungs-Halbleiterlaser die von lampengepumpten YAG-Lasern und liegen nahe an denen von halbleitergepumpten YAG-Lasern.

Halbleiterlaser wurden nach und nach zum Schweißen von Kunststoffen, zum Plattieren und Legieren, zur Oberflächenwärmebehandlung, zum Metallschweißen usw. eingesetzt.

(1) Laser-Kunststoffschweißen

Der Strahl eines Halbleiterlasers ist ein flacher Scheitelstrahl mit einer gleichmäßigen räumlichen Verteilung der Lichtintensität im Querschnitt.

Im Vergleich zum Strahl eines YAG-Lasers kann der Strahl eines Halbleiterlasers bei Kunststoffschweißanwendungen eine bessere Schweißkonsistenz und Schweißqualität erzielen und das Schweißen mit breiten Nähten durchführen.

Der Leistungsbedarf von Halbleiterlasern ist bei der Anwendung des Kunststoffschweißens nicht hoch, er beträgt im Allgemeinen 50 bis 700 W, die Strahlmasse beträgt weniger als 100 mm/mrad und die Punktgröße beträgt 0,5 bis 5 mm.

Durch das Schweißen mit dieser Technik wird die Oberfläche des Werkstücks nicht beschädigt, die lokale Erwärmung verringert die thermische Belastung der Kunststoffteile, vermeidet die Zerstörung eingebetteter elektronischer Komponenten und verhindert besser das Schmelzen des Kunststoffs.

Durch die Optimierung der Materialien und Pigmente können durch Laser-Kunststoffschweißen unterschiedliche synthetische Farben erzielt werden.

Derzeit werden Halbleiterlaser häufig zum Schweißen von versiegelten Behältern, Gehäusen elektronischer Komponenten, Automobilteilen und ausländischen Kunststoffkomponenten eingesetzt.

(2) Laserauftragschweißen und Oberflächenwärmebehandlung

Es handelt sich um eine wichtige Anwendung von Halbleiterlasern in der Bearbeitung, um eine Oberflächenwärmebehandlung oder eine lokale Beschichtung von Metallteilen mit hoher Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit durchzuführen.

Die Leistung des Halbleiterlasers, der zum Laserauftragschweißen und zur Oberflächenwärmebehandlung verwendet wird, beträgt 1 bis 6 kW, die Strahlmasse beträgt 100 bis 400 mm/mrad und die Punktgröße beträgt 2×2mm2 ~ 3×3mm2 oder 1×5mm2.

Im Vergleich zu anderen Lasern liegen die Vorteile der Beschichtungs- und Oberflächenwärmebehandlung mit Halbleiterlaserstrahlen in ihrer hohen elektrooptischen Effizienz, der hohen Absorptionsrate, den geringen Wartungskosten, der rechteckigen Punktform und der gleichmäßigen Verteilung der Lichtintensität.

Gegenwärtig werden Halbleiter-Laserbeschichtung und Oberflächenwärmebehandlung in den Bereichen Energie, Petrochemie, Metallurgie, Stahl, Maschinenbau und anderen Industriebereichen häufig eingesetzt und sind zu einem wichtigen Mittel zur Vorbereitung neuer Materialien sowie zur schnellen und direkten Herstellung von Metallteilen geworden Wiederaufarbeitung defekter Metallteile.

（3）Lasermetallschweißen

Hochleistungs-Halbleiterlaser werden häufig beim Metallschweißen eingesetzt, vom Präzisionspunktschweißen in der Automobilindustrie über das Wärmeleitungsschweißen von Produktionsmaterialien bis hin zum Axialschweißen von Rohrleitungen.

Der zum Schweißen dünner Bleche verwendete Halbleiterlaser erfordert eine Leistung von 300 bis 3000 W, eine Strahlmasse von 40 bis 150 mm/mrad, eine Punktgröße von 0,4 bis 1,5 mm und eine Dicke des Schweißmaterials von 0,1 bis 2,5 mm.

Durch den geringen Wärmeeintrag wird der Bauteilverzug auf ein Minimum reduziert.

Hochleistungs-Halbleiterlaser können zum Hochgeschwindigkeitsschweißen verwendet werden, die Schweißnaht ist glatt und schön, sie bietet besondere Vorteile im Schweißprozess und Arbeitsersparnis vor und nach dem Schweißen, sie eignet sich sehr gut für unterschiedliche Anforderungen des industriellen Schweißens und wird schrittweise verbessert Ersetzen Sie die traditionelle Schweißmethode.

(4) Lasermarkierung

Die Lasermarkierungstechnologie ist eine der größten Anwendungen in der Laserbearbeitung.

Derzeit werden YAG-Laser, CO2-Laser und halbleitergepumpte Laser verwendet.

Mit der Verbesserung der Laserstrahlqualität wurden jedoch auch Halbleiterlasermarkierungsmaschinen im Markierungsbereich eingesetzt.

LIMO hat einen 50-W-Halbleiterlaser mit Direktausgang und einer Strahlqualität von bis zu 5 mm/mrad sowie einen 25-W-Halbleiterlaser mit Direktausgang und 50-m-Faserkopplung auf den Markt gebracht, der die Anforderungen an Laserausgangsleistung und Strahlqualität für Markierungsanwendungen erfüllt.

(5) Laserschneiden

Der Einsatz von Hochleistungs-Halbleiterlasern im Schneidbereich begann erst spät.

Mit Unterstützung des Projekts „Modulares Halbleiterlasersystem (MDS)“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung entwickelte das Fraunhofer-Institut im Jahr 2001 eine Halbleiter-Laserschneidmaschine mit einer Leistung von 800 W, die 10 mm dicke Stahlplatten in einem Schnitt schneiden kann Schnittgeschwindigkeit von 0,4 m/min.

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