У галузі лазерної обробки потужні лазери з високою частотою повторення стають основним обладнанням у промисловому прецизійному виробництві. Однак, оскільки щільність потужності продовжує зростати, управління температурою стало ключовим вузьким місцем, яке обмежує продуктивність системи, термін служби та точність обробки. Традиційних рішень для повітряного або простого рідинного охолодження більше недостатньо. Інноваційні технології охолодження зараз роблять ривок уперед у галузі. У цій статті представлено п'ять передових рішень для управління температурою, які допоможуть вам досягти ефективних та стабільних систем лазерної обробки.
1. Мікроканальне рідинне охолодження: «Судинна мережа» для точного контролю температури
① Принцип технології:
Мікронні канали (50–200 мкм) вбудовані в модуль посилення лазера або волоконний об'єднувач. Високошвидкісний циркулюючий охолоджувач (наприклад, суміші води та гліколю) протікає безпосередньо в контакті з джерелом тепла, досягаючи надзвичайно ефективного розсіювання тепла з щільністю теплового потоку понад 1000 Вт/см².
② Ключові переваги:
5–10-кратне покращення ефективності розсіювання тепла порівняно з традиційним охолодженням мідними блоками.
Підтримує стабільну безперервну роботу лазера потужністю понад 10 кВт.
Компактний розмір дозволяє інтеграцію в мініатюрні лазерні головки, що ідеально підходить для виробничих ліній з обмеженим простором.
③ Застосування:
Напівпровідникові модулі з боковим накачуванням, волоконні лазерні суматори, надшвидкі лазерні підсилювачі.
2. Охолодження за допомогою матеріалу з фазовим переходом (PCM): «тепловий резервуар» для буферизації тепла
① Принцип технології:
Використовує матеріали з фазовим переходом (ФПМ), такі як парафін або металеві сплави, які поглинають велику кількість прихованої теплоти під час переходів з твердого стану в рідкий, тим самим періодично буферизуючи пікові теплові навантаження.
② Ключові переваги:
Поглинає короткочасне пікове тепло під час імпульсної лазерної обробки, зменшуючи миттєве навантаження на систему охолодження.
Зменшує споживання енергії системами рідинного охолодження до 40%.
③ Застосування:
Високоенергетичні імпульсні лазери (наприклад, лазери квантової хвилі), системи 3D-друку з частими перехідними тепловими ударами.
3. Тепловий потік теплових трубок: пасивна «теплова магістраль»
① Принцип технології:
Використовує герметичні вакуумні трубки, заповнені робочою рідиною (наприклад, рідким металом), де цикли випаровування-конденсації швидко передають локалізоване тепло по всій тепловій підкладці.
② Ключові переваги:
Теплопровідність до 100 разів перевищує теплопровідність міді (>50 000 Вт/м·K), що забезпечує нульове теплове вирівнювання.
Без рухомих частин, не потребує обслуговування, термін служби до 100 000 годин.
③ Застосування:
Потужні лазерні діодні решітки, прецизійні оптичні компоненти (наприклад, гальванометри, фокусуючі лінзи).
4. Струменеве охолодження: «Теплогасник» високого тиску
① Принцип технології:
Масив мікрофорсунок розпилює охолоджувальну рідину з високою швидкістю (>10 м/с) безпосередньо на поверхню джерела тепла, порушуючи тепловий пограничний шар і забезпечуючи надзвичайно високу конвективну теплопередачу.
② Ключові переваги:
Локальна охолоджувальна здатність до 2000 Вт/см², підходить для кіловатних одномодових волоконних лазерів.
Цілеспрямоване охолодження високотемпературних зон (наприклад, торцевих поверхонь лазерних кристалів).
③ Застосування:
Одномодові високояскраві волоконні лазери, нелінійне охолодження кристалів у надшвидких лазерах.
5. Інтелектуальні алгоритми управління температурою: «Охолоджувальний мозок» на основі штучного інтелекту
① Принцип технології:
Поєднує датчики температури, витратоміри та моделі штучного інтелекту для прогнозування теплових навантажень у режимі реального часу та динамічного регулювання параметрів охолодження (наприклад, витрати, температури).
② Ключові переваги:
Адаптивна оптимізація енергії підвищує загальну ефективність більш ніж на 25%.
Прогнозне обслуговування: аналіз теплових моделей дозволяє завчасно попереджати про старіння джерела живлення насоса, засмічення каналу тощо.
③ Застосування:
Інтелектуальні лазерні робочі станції Індустрії 4.0, багатомодульні паралельні лазерні системи.
У міру розвитку лазерної обробки в напрямку підвищення потужності та точності, управління температурою перетворилося з «допоміжної технології» на «основну перевагу, що відрізняє». Вибір інноваційних рішень для охолодження не лише подовжує термін служби обладнання та підвищує якість обробки, але й значно знижує загальні експлуатаційні витрати.
Час публікації: 16 квітня 2025 р.