Lazerinio apdorojimo srityje didelės galios, didelio pasikartojimo dažnio lazeriai tampa pagrindine pramoninės tiksliosios gamybos įranga. Tačiau, didėjant galios tankiui, šilumos valdymas tapo pagrindine kliūtimi, ribojančia sistemos našumą, tarnavimo laiką ir apdorojimo tikslumą. Tradicinių oro ar paprastų skysčių aušinimo sprendimų nebepakanka. Novatoriškos aušinimo technologijos dabar skatina pramonės šuolį į priekį. Šiame straipsnyje pristatomi penki pažangūs šilumos valdymo sprendimai, padėsiantys jums sukurti efektyvias ir stabilias lazerinio apdorojimo sistemas.
1. Mikrokanalinis skysčio aušinimas: „kraujagyslių tinklas“ tiksliam temperatūros valdymui
① Technologijos principas:
Mikrono masto kanalai (50–200 μm) yra įmontuoti lazerio stiprinimo modulyje arba šviesolaidžių jungiklyje. Didelės spartos cirkuliuojantis aušinimo skystis (pvz., vandens ir glikolio mišinys) teka tiesiai kontaktuodamas su šilumos šaltiniu, todėl pasiekiamas itin efektyvus šilumos išsklaidymas, kai šilumos srauto tankis viršija 1000 W/cm².
② Pagrindiniai privalumai:
5–10 kartų geresnis šilumos išsklaidymo efektyvumas, palyginti su tradiciniu varinių blokų aušinimu.
Palaiko stabilų nepertraukiamą lazerio veikimą, viršijantį 10 kW.
Kompaktiškas dydis leidžia integruoti į miniatiūrines lazerines galvutes, idealiai tinka ribotos erdvės gamybos linijoms.
③ Taikymo sritys:
Puslaidininkiniai šoninio kaupinimo moduliai, šviesolaidiniai lazeriniai jungikliai, itin greiti lazeriniai stiprintuvai.
2. Fazės kaitos medžiagos (PCM) aušinimas: „šilumos rezervuaras“ šilumos buferizavimui
① Technologijos principas:
Naudoja fazės kaitos medžiagas (PCM), tokias kaip parafinas arba metalo lydiniai, kurie kietosios-skystosios būsenos virsmo metu sugeria didelius kiekius latentinės šilumos, taip periodiškai buferuodami didžiausias šilumines apkrovas.
② Pagrindiniai privalumai:
Sugeria trumpalaikę impulsinio lazerio apdorojimo metu susidarančią maksimalią šilumą, taip sumažindamas momentinę aušinimo sistemos apkrovą.
Sumažina skysčio aušinimo sistemų energijos suvartojimą iki 40 %.
③ Taikymo sritys:
Didelės energijos impulsiniai lazeriai (pvz., QCW lazeriai), 3D spausdinimo sistemos su dažnais trumpalaikiais terminiais smūgiais.
3. Šilumos plitimas šilumos vamzdžiais: pasyvus „terminis greitkelis“
① Technologijos principas:
Naudoja sandarius vakuuminius vamzdelius, pripildytus darbinio skysčio (pvz., skysto metalo), kur garavimo-kondensacijos ciklai greitai perduoda lokalizuotą šilumą per visą šiluminį pagrindą.
② Pagrindiniai privalumai:
Šilumos laidumas iki 100 kartų didesnis nei vario (> 50 000 W/m·K), todėl galimas nulinis energijos šilumos išlyginimas.
Be judančių dalių, nereikalauja priežiūros, o tarnavimo laikas – iki 100 000 valandų.
③ Taikymo sritys:
Didelės galios lazerinių diodų matricos, tikslūs optiniai komponentai (pvz., galvanometrai, fokusavimo lęšiai).
4. Srautiniu aušinimu veikiantis aušinimas: aukšto slėgio „šilumos gesintuvas“
① Technologijos principas:
Mikropurkštukų masyvas dideliu greičiu (>10 m/s) purškia aušinimo skystį tiesiai ant šilumos šaltinio paviršiaus, ardydamas terminį ribinį sluoksnį ir užtikrindamas itin didelį konvekcinį šilumos perdavimą.
② Pagrindiniai privalumai:
Vietinio aušinimo galia iki 2000 W/cm², tinka kilovatų lygio vienmodžiams skaiduliniams lazeriams.
Tikslinis aukštos temperatūros zonų (pvz., lazerinių kristalų galinių paviršių) aušinimas.
③ Taikymo sritys:
Vienmodžiai didelio ryškumo skaiduliniai lazeriai, netiesinis kristalų aušinimas itin greituose lazeriuose.
5. Pažangūs šilumos valdymo algoritmai: dirbtinio intelekto valdomos „vėsinimo smegenys“
① Technologijos principas:
Sujungia temperatūros jutiklius, srauto matuoklius ir dirbtinio intelekto modelius, kad realiuoju laiku numatytų šilumines apkrovas ir dinamiškai reguliuotų aušinimo parametrus (pvz., srauto greitį, temperatūrą).
② Pagrindiniai privalumai:
Adaptyvus energijos optimizavimas pagerina bendrą efektyvumą daugiau nei 25 %.
Numatomoji priežiūra: terminio modelio analizė leidžia anksti įspėti apie siurblio šaltinio senėjimą, kanalų užsikimšimą ir kt.
③ Taikymo sritys:
4-osios pramonės revoliucijos išmaniosios lazerinės darbo stotys, daugiamodulės lygiagrečios lazerinės sistemos.
Lazeriniam apdirbimui tobulėjant siekiant didesnės galios ir tikslumo, šilumos valdymas iš „pagalbinės technologijos“ išsivystė į „pagrindinį skiriamąjį pranašumą“. Pasirinkus novatoriškus aušinimo sprendimus, ne tik pailgėja įrangos tarnavimo laikas ir pagerėja apdorojimo kokybė, bet ir žymiai sumažėja bendros eksploatavimo išlaidos.
Įrašo laikas: 2025 m. balandžio 16 d.