高出力青色半導体レーザを用いた銅の溶接

450nmの波長で1kWのCW発振するLDMblue青色高出力半導体レーザは品質の高い銅のレーザ溶接だけでなく、様々な金や他の非鉄金属材料を使った製造を行う量産現場の中で非鉄金属の加工における新たな可能性を広げます。

銅、金やその他の非鉄金属

これまで産業用で使用されていたレーザは銅などの非鉄金属において、その量産中に大出力レーザ光を照射しないと満足に加工することが不可能でしたが、高出力青色半導体レーザの開発は、その青色波長域のスペクトルの吸収率が赤外域波長と比較して7から20倍の吸収率の良いこと(グラフ参照)から、より多くの可能性を広げることを目的としています。

ここに、非鉄金属の加工を格段に向上させる初の高出力青色半導体レーザが開発されました。特に金属薄箔やブリキなどの加工はこの青色半導体レーザにより格段に効率が上がります。LDMblueシリーズがもたらすメリットはこれだけではありません。

銅の溶融を非常に容易にする青色光の高い吸収率の他に、その特有の均一な強度分布を誇る半導体レーザの使用は、お客様の最適な加工結果の鍵となります。

その成果が実証されているレーザーラインの半導体レーザ技術は、さらに青色波長でもミリ秒での細分化された各レーザ出力の調整とそれにより各作業に求められる条件への対応を可能に致します。

銅の溶接で発生する溶接継目はその金属の溶接前の表面状態がどういう状態にあるかに問わず非常にきれいで滑らかであり、それは卓越した熱伝導性と周囲へのスパッタの防止を可能にします。とりわけこの青色半導体レーザでの溶接では材料を重ねたり、材料の強度を強くさせる必要がないため材料効率面でとても効率的です。また、場合によってはこの青色半導体レーザの使用により照射物の隙間や裂け目などを覆うことのできる液体状態の銅を発生させることが出来、溶接の熱伝導をコントロールすることにより、異なる金属の溶接時に銅をその最上部位で制御することを初めて可能にします。

さらに銅粉や薄い銅箔もスチールやアルミのような他の金属とつなぎ合わせることが可能です。箔の溶接では付け根や端の部分の溶接を確認することでその結果が良くわかります。

青色波長レーザが銅の溶接で必要とされる消費エネルギーは、赤外域レーザと比較して84%少なく、金に至っては92%も少ないことが知られています。これは、計算上、銅の溶接時は赤外域レーザ10kWの代わりに1kW、もしくは金の溶接時は0.5kWの出力で事足ります。

LDMプラットフォームと、その青色波長において最適化された加工レンズ及び加工ヘッドと組み合わせ、信頼できる一つの製造システムとして産業用途として使用することができます。この半導体レーザを製造ラインへ組み込むことは大変容易です。

(レーザ使用における従業員様への安全性の観点から、加工ルームなどの観察用窓用の保護フィルムと保護メガネなどのご準備をお願いします)

銅のレーザ溶接

高出力青色半導体レーザの開発により銅の溶接分野に革命が起こっています。

その青い光は産業界で銅やその他の非鉄金属のハイレベルな加工を実現致します。

銅の溶接プロセス

高出力青色半導体レーザにより初めて制御可能な熱電動溶接を銅やその他の非鉄金属への適用が可能となりました。1mm以下の薄さの材料はもう心配はいりません。

これまで、薄い箔に赤外域レーザを使用する場合はどちらかというと溶接するというより切断されてしまうことが多いですが、青色半導体レーザの登場により、これらの素材をピンポイントで加工することができるようになりました。青色半導体レーザの働きにより、素材の局所部分に沿って接合することが可能となります。レーザ照射により液状になった材料は互いに混じり合い冷却とともに接合される。このプロセスにより、接合部は非常に滑らかでこれまでになく高品質で安定性の高いものとなっています。

青色波長450nmによる銅製ピンの溶接(約. 0.5x1.5mm²) 。100ミリ秒での加工時間 (電装部品)  

青色半導体レーザの熱電動溶接LDMblueシリーズは 非常に高い安定性とスパッタの無い均質な溶融池を可能にします。ピンとピンとの間のギャップを、青色レーザを照射され液状になった銅がその表面張力で均一につなげて行きます。

優れた結果

当社のテストでは、まず銅の加工の際、その銅材料表面がいかなる状態(研磨、錆び、腐食、酸化)であろうとも、その表面の構造は加工プロセスに何の影響も与えず、接合部は常に良好な状態を保っています

青色450nmの波長帯での銅の熱伝導溶接

完全にスパッタを抑えた溶接プロセスにおける安定性の高い”穏やかな溶融池”
厚さ:0.5mm
スポット径:Ø0.6mm  

ハイスピードカメラによる動画

銅のレーザクラッディング(肉盛り溶接)

当社のテストでは、青色半導体レーザで純銅粉を用いたレーザクラッディングも可能であることが確認されました。

銅のクラッディングプロセス

青色波長のレーザは光は、最初の銅パウダーによるクラッディングテストで既に成果が得られました。この銅のレーザークラッディングのプロセスでは、青色波長のレーザ光により、その過程において製品の最上層部に溶融を発生させ、パウダーノズルとの組み合わせにより、レーザ光と同時に銅を加え、溶融・積層することが出来ます。わずかな冷却時間の後、製品と銅パウダーは一つの金属となります。この溶接プロセスはさらに、遅滞なく非常に丈夫な層の生成に繋がって行きます。

さらにこのプロセスは赤外域レーザに似ていますが、青色波長はさらに銅の物理的特性により、効率の良い熱伝導性を持ちます。

銅粉のクラッディング

青色波長の半導体レーザは、銅パウダーによるスチール製品へのクラッディングでとりわけ良質な結果を生み出します。青色波長の半導体レーザのその高い吸収率で初めて銅パウダーの銅材料へのダイレクトなクラッディングが可能になりました。


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