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——有望用于金和銅等金屬的加工光源——
國立研究法人新能源和產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)
株式會(huì)社島津制作所
國立大學(xué)法人大阪大學(xué)
圖1 高功率/高亮度藍(lán)色半導(dǎo)體激光器
基于NEDO項(xiàng)目的成果，（株）島津公司完成了世界的高功率/高亮度藍(lán)色半導(dǎo)體激光器的產(chǎn)品化。
在NEDO項(xiàng)目中，島津公司與大阪大學(xué)共同開發(fā)了藍(lán)色半導(dǎo)體激光器技術(shù)，本產(chǎn)品就是該技術(shù)成功實(shí)用化的產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)了100W、1.3×106W/cm2的高功率、高亮度。有望被用作傳統(tǒng)藍(lán)色半導(dǎo)體激光器無法完成的金和銅等熱傳導(dǎo)焊接、激光打標(biāo)、3D打印機(jī)的堆疊式光源，有利于縮短加工時(shí)間，并降低功耗。
此次開發(fā)的產(chǎn)品將加入到本公司研發(fā)的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器“BLUE IMPACT”系列產(chǎn)品陣容，從今年1月30日起開始發(fā)售。
1.概要
藍(lán)色半導(dǎo)體激光器※1對金屬有很高的吸收率，適合加工傳統(tǒng)紅外半導(dǎo)體激光器難以加工的金和銅等金屬，有望用作下一代金屬加工用激光加工機(jī)的光源。然而，目前藍(lán)色半導(dǎo)體激光器作為投影儀、照明、頭戴式顯示器等各式設(shè)備光源的用途正在不斷擴(kuò)大，但如何實(shí)現(xiàn)高功率和高亮度仍是zui大課題，尚未真正應(yīng)用于金屬加工。
因此，在NEDO項(xiàng)目※2中，島津公司和國立大學(xué)法人大阪大學(xué)與日亞化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社展開合作，為了使高功率/高亮度的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器成為金屬加工用激光加工機(jī)的光源，而不斷進(jìn)行研究開發(fā)。2017年10月24日，開發(fā)出世界*※3通過藍(lán)色激光器的高亮度堆疊純銅的3D打印機(jī)。
基于此次研究成果，島津公司實(shí)現(xiàn)了輸出功率達(dá)100W、亮度達(dá)1.3×106W/cm2（光點(diǎn)直徑100μm）的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品化（圖1）。本產(chǎn)品同比傳統(tǒng)藍(lán)色半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品的輸出功率和亮度提升5倍※4，有望被用作傳統(tǒng)藍(lán)色半導(dǎo)體激光器無法完成的金和銅等熱傳導(dǎo)焊接、激光打標(biāo)、3D打印機(jī)的堆疊式光源等（圖2）。（株）島津制作所將此次開發(fā)的產(chǎn)品加入到本公司研發(fā)的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器“BLUE IMPACT”系列產(chǎn)品陣容，從今年1月30日起開始發(fā)售，作為金屬加工用激光加工機(jī)的光源將取得進(jìn)一步發(fā)展。
另外，（株）島津公司和大阪大學(xué)于2018年1月30日至2月1日在美國舊金山舉辦“Photonics West 2018”，并展出此次成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化的高功率/高功率藍(lán)色半導(dǎo)體激光器。
圖2 通過高功率/高亮度藍(lán)色半導(dǎo)體打印機(jī)進(jìn)行3D打印的純銅樣品（左）
和原始3D模型（右）。照片左側(cè)樣品的下半部分埋在銅粉中。
2.此次實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化的高功率/高亮度藍(lán)色半導(dǎo)體激光器特征
【1】實(shí)現(xiàn)世界的輸出功率和亮度
通過合成許多激光器元件的光線并將其集中在纖芯直徑為100μm的細(xì)纖維上，獲得了世界zui高等級(jí)的高功率（100W）和高亮度（1.3×106W/cm2）。通常，*熔化金屬表面至少需要1.0×106W/cm2的亮度，本激光器產(chǎn)生的亮度超過該數(shù)值，從而使通過藍(lán)色半導(dǎo)體激光器進(jìn)行真正的金屬激光加工成為可能。本產(chǎn)品有望被用作熱傳導(dǎo)焊接（照射激光對表面進(jìn)行熔融）、激光打標(biāo)、3D打印機(jī)的堆疊式光源。
【2】作為光源的高應(yīng)用可能性
將多個(gè)波長450nm的藍(lán)色半導(dǎo)體激光元件發(fā)出的光收集并傳送到一條光纖上，可以靈活地環(huán)繞100W的藍(lán)色半導(dǎo)體激光器。另外，采用*精密焊接方法進(jìn)行焊接的結(jié)構(gòu)，光源尺寸為H88mm×W430mm×D420mm（光纖除外）、結(jié)構(gòu)緊湊，容易組裝到其他設(shè)備。激光器的輸出功率可以通過個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，可以執(zhí)行連續(xù)輸出到zui高達(dá)10kHz的變頻驅(qū)動(dòng)。以zui少的輸入熱量加工金屬，降低加工部周圍的影響，預(yù)期可以在較小的熱變性區(qū)域進(jìn)行高品質(zhì)且率的加工，從而有助于進(jìn)一步縮短加工時(shí)間，并降低功耗。
【術(shù)語解說】
※1 | 藍(lán)色半導(dǎo)體激光器 |
※2 | NEDO項(xiàng)目 |
※3 | 世界* |
※4 | 同比傳統(tǒng)藍(lán)色半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品輸出功率和亮度提升5倍
關(guān)于島津 島津企業(yè)管理（中國）有限公司是（株）島津制作所于1999年100%出資，在中國 設(shè)立的現(xiàn)地法人公司，在中國全境擁有13個(gè)分公司，事業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。其下設(shè)有北京、上海、廣州、沈陽、成都分析中心，并擁有覆蓋全國30個(gè)省的銷售代理 商網(wǎng)絡(luò)以及60多個(gè)技術(shù)服務(wù)站，已構(gòu)筑起為廣大用戶提供良好服務(wù)的完整體系。本公司以“為了人類和地球的健康”為經(jīng)營理念，始終致力于為用戶提供更加先進(jìn) 的產(chǎn)品和更加滿意的服務(wù)，為中國社會(huì)的進(jìn)步貢獻(xiàn)力量。 |
