發(fā)布首臺近單模2000W連續(xù)綠光激光器,，公大激光為銅材料3D打印提供更多可能

來源：公大激光

激光技術，自20世紀中葉誕生以來,，已成為現(xiàn)代科技的基石之一,，其發(fā)展背景豐富而深遠,。1960年,，第一臺激光器的問世標志著一個新時代的開啟,，梅曼利用紅寶石晶體成功產生了相干光，這種新型光源具有前所未有的單色性,、相干性和方向性,，為科學研究和技術應用開辟了新天地。進入21世紀后,，隨著半導體泵浦技術,、光纖激光技術和超快激光技術的發(fā)展,，激光技術迎來了新的飛躍。半導體泵浦技術提高了激光器的電光轉換效率,，降低了制造成本,。光纖激光器以其高功率、高穩(wěn)定性和緊湊的結構設計,，成為工業(yè)加工的優(yōu)選,。超快激光器則以其超短脈沖特性，在微納加工和生物醫(yī)學領域展現(xiàn)出巨大潛力,。當前,，激光技術正朝著更高功率,、更高精度和更廣泛應用的方向發(fā)展,。

隨著光纖激光器技術的快速發(fā)展，激光器的輸出功率,、光束質量和電光效率不斷提高,，為高功率綠光激光器的研發(fā)提供了技術基礎。非線性光學倍頻技術的發(fā)展,，使得從紅外光纖激光器轉換到綠光激光器成為可能,，提高了綠光激光器的輸出功率。在工業(yè)加工領域,，高功率激光設備在航空航天,、汽車制造、船舶制造等領域的切割,、焊接,、打標、測量發(fā)揮著重要的作用,；在醫(yī)療應用領域,，激光的精確性和控制能力使其在眼科手術、皮膚治療和其他醫(yī)療程序中得到廣泛應用,。激光技術已經(jīng)滲透到日常生活的方方面面,，從工業(yè)制造到藝術創(chuàng)作，再到科學研究,。隨著技術的進步,，高功率激光器的研發(fā)使得激光在工業(yè)加工能力上得到顯著提升。

高功率,、短波長激光的應用發(fā)展及優(yōu)勢
高功率綠光激光器的發(fā)展備受關注,。連續(xù)光纖激光器由于其運轉模式連續(xù)及其波導式結構的特點，具有輸出激光能量均勻,、高增益,、高轉換效率,、可實現(xiàn)超高功率輸出、光束質量較好,、容易實現(xiàn)單模輸出和性能穩(wěn)定等優(yōu)點,。

激光與材料相互作用的原理是復雜多樣的，不同的激光參數(shù)（如波長,、功率,、脈沖寬度等）和材料特性會導致不同的相互作用效果。這些相互作用的結果在激光技術的應用中有著廣泛的利用,，如材料加工,、醫(yī)療治療、科學研究等,。

銅材料是世界上應用最廣的金屬材料之一,，在常溫條件下，如圖1所示,，銅材對1064nm波段的激光吸收率只有不到5%,，而對532nm的綠光的吸收率可以達到40%，相當于是近紅外波段激光的8倍,。而銅材大量應用于鋰電,、微電子等行業(yè)，目前工業(yè)界使用最多的是1064nm波段的近紅外激光器,，由于銅對1064nm波段激光吸收率低從而會在加工過程中出現(xiàn)效率低,、氣泡、飛濺等問題,，而綠光激光用于銅等高反材料的切割,、焊接、增材制造應用的效果比近紅外激光效果有明顯優(yōu)勢,。因此實現(xiàn)高功率,、高效率的連續(xù)綠光輸出成為激光器的研究熱點之一。

△圖1. 銅對不同波長的吸收率

引自《高功率連續(xù)綠光激光器的研究進展》

圖2表示了幾種典型粉末材料對不同波長激光的吸收率曲線圖,�,？梢钥闯霾煌�材料對不同波長激光的吸收率曲線不同。加工過程中材料吸收的激光能量可以轉化為熱能,，導致材料局部溫度升高,。這種熱效應在激光切割、焊接和熱處理等過程中非常重要,，導致材料發(fā)生相變,，如熔化、蒸發(fā)或升華,。

△圖2. 典型粉末材料對各波長激光的吸收率

綠光激光器的一個重要應用是3D打印技術,。在金屬3D打印領域,，綠光激光器可以提高打印質量，實現(xiàn)純銅材料復雜結構的3D 打印,，圖3為單模連續(xù)綠光光纖激光器純銅打印分析結果,，設備集成商為希禾增材，采用公大激光推出的500W單模綠光激光器作為打印光源,。

△圖3. 單模連續(xù)綠光光纖激光器打印純銅（希禾增材）（致密度≥99.5%）

使用單模連續(xù)綠光光纖激光器作為光源,，在打印純銅方面的應用是一個相對較新的技術領域，它利用了綠光激光器的光束特性來克服傳統(tǒng)激光技術在處理高反射材料時遇到的挑戰(zhàn),。由于純銅對綠光的吸收率遠高于對近紅外光的吸收率,，使得綠光激光器在銅材料的加工上更為有效。另一方面,，單模激光器產生的光束具有很高的質量和一致性,，這對于精密加工至關重要，尤其是在打印純銅時,，可以確保打印過程的精細度和一致性,。

△圖4. 希禾增材XH-M160G 3D打印的純銅熱處理感應器

△圖5. 希禾增材XH-M160G 3D打印的純銅電機繞組

而在短波長激光器的開發(fā)中，紫外（UV）激光器和藍光激光器因其獨特的應用特性而備受關注,。由于紫外激光波長較短，對材料的純度和光學特性要求極高,，目前難以找到能夠承受高功率紫外激光的材料,，市場上出現(xiàn)的超過百瓦的紫外激光器并不多見。藍光激光器雖然目前已有制造商實現(xiàn)了千瓦級的功率輸出,，但在光纖合束前,，藍光激光器需要進行空間合束，這一過程對激光光束的質量,、穩(wěn)定性和功率分布有嚴格要求,，與光纖激光器相比，藍光激光器的光束質量較差,，這限制了其在某些精密加工應用中的性能,。

另一方面，經(jīng)過各國科研人員的努力,，商用的綠光激光器近年取得較大的進展,。德國通快集團(TRUMPF)于2021年推出高功率連續(xù)綠光碟片激光器TruDisk 3022，能夠提供多模3kW的最高輸出功率,，是目前綠激光系列中的最高功率,，展示了其在銅材焊接方面的應用優(yōu)勢，但其價格非常昂貴,。美國IPG公司于2022年推出了世界上第一臺千瓦級單模納秒脈沖綠光激光器GLPN-1000,，可提供高達1kW的平均功率,，整機體積小巧，電光轉換效率高達25%,，引起了產業(yè)界的廣泛關注,。

希禾增材綠激光金屬3D打印機
2023年9月，公大激光的全資子公司——深圳希禾增材發(fā)布了首款綠激光金屬3D打印機XH-M160G,，成型尺寸160×160×200mm,，可打印銅、鋁,、金等高反射金屬,，打破了國內空白，隨著綠光金屬3D打印技術的逐步普及應用,，市場需求更大成型尺寸的設備,。

△ 2024上海TCT展會南極熊采訪希禾增材

2024年3月，希禾增材又推出最新的綠激光金屬3D打印機XH-M350G,，凈成型尺寸達到350*350*500mm,，可選配單/雙綠激光，可以滿足大部分當前市場上打印紫銅（Cu）,、銅鉻鋯（CuCrZr）,、銅鉻鈮（CuCrNb）、錫青銅（CuSn10）,、銅鋁合金,、銅鎳合金、鎢,、鉭,、黃金、鉑金等材料,。

△希禾增材綠激光金屬3D打印機XH-M350G

近單模2千瓦連續(xù)綠光激光器
據(jù)市場研究公司Optech Consulting的最新報告顯示,，2023 年全球材料加工激光系統(tǒng)市場規(guī)模估計為 235 億美元，同比增長 4%,。隨著高端制造業(yè)的發(fā)展,，對高功率綠光激光器的需求不斷增長。

深圳公大激光,，主要從事“先進短波長光纖激光器"和“激光精密加工解決方案”的研發(fā),、生產和銷售，是一家專注于中高功率短波長（綠光和紫外）全光纖激光器的研發(fā),、生產和應用方案的激光器公司,。公大激光繼2022年推出的500W單模綠光激光器和2023年推出的1000W單模和和3000W多模連續(xù)綠光激光器之后，本次新推出最高輸出功率達到2千瓦近單模綠光光纖激光器,，已得到終端相關行業(yè)客戶的測試驗證,。

△圖6. 近單模2千瓦連續(xù)綠光激光器產品

主要激光特性,，測試結果如下：
（1）激光器基本參數(shù)

△表1. 激光器基本參數(shù)

（2）功率穩(wěn)定性，連續(xù)出光拷機12h,，整機功率波動小于1.5%

圖7. 12小時功率穩(wěn)定性測試曲線

（3）光斑能量分布測試

△圖8. 光斑能量分布測試圖

（4）光束質量測試

△圖9. 光束質量測試圖@2千瓦

四,、結語與展望
公大激光最新推出的近單模2千瓦連續(xù)綠光激光器，是全球最高平均功率的準單模連續(xù)光纖綠光激光器,。該產品的推出,，為高反材料的加工提供了更充足的能量，近單模輸出保證了激光光束的高質量和一致性,，有望為厚銅材加工帶來的更高焊接質量,、更高效率和熔深。全光纖基頻和腔外倍頻的結構,，提供了高度的穩(wěn)定性和可靠性,，同時保證了激光器的緊湊性和易集成性。隨著技術的不斷進步和市場的不斷成熟,，我們有理由相信,，高功率光纖綠光激光器將為社會帶來更多的可能性。

高功率綠光在銅材精密焊接上有著明顯優(yōu)勢,，特別在電控的IGBT和扁線電機焊接上,，具有熱影響小，飛濺小,，拉力穩(wěn)定,，良率高。除了在銅等高反金屬材料焊接上有突出的物理特性優(yōu)勢,；還在高精密、高效率銅材料3D打印上,，有著巨大的應用潛力,。

未來，公大激光將繼續(xù)努力,，開發(fā)更多創(chuàng)新技術,，進一步提高激光器的功率、效率和可靠性,，同時降低成本,，匹配更多重要的應用場景，為全球高端制造升級貢獻力量,。