In de laserbewerking worden krachtige lasers met een hoge herhalingsfrequentie steeds belangrijker in de industriële precisieproductie. Naarmate de vermogensdichtheid blijft toenemen, is thermisch beheer echter uitgegroeid tot een belangrijk knelpunt dat de systeemprestaties, levensduur en bewerkingsnauwkeurigheid beperkt. Traditionele lucht- of vloeistofkoelingsoplossingen volstaan niet langer. Innovatieve koeltechnologieën zorgen nu voor een grote sprong voorwaarts in de industrie. Dit artikel beschrijft vijf geavanceerde oplossingen voor thermisch beheer die u helpen efficiënte en stabiele laserbewerkingssystemen te realiseren.
1. Microkanaalvloeistofkoeling: een "vasculair netwerk" voor nauwkeurige temperatuurregeling
① Technologisch principe:
In de laserversterkingsmodule of vezelcombiner zijn kanaaltjes op micronschaal (50–200 μm) ingebed. Een snel circulerende koelvloeistof (zoals water-glycolmengsels) stroomt rechtstreeks in contact met de warmtebron, waardoor een extreem efficiënte warmteafvoer wordt bereikt met warmtefluxdichtheden van meer dan 1000 W/cm².
② Belangrijkste voordelen:
5 tot 10 keer betere warmteafvoerefficiëntie dan traditionele koeling met koperen blokken.
Ondersteunt stabiele, continue laserwerking boven de 10 kW.
Het compacte formaat maakt integratie in geminiaturiseerde laserkoppen mogelijk, ideaal voor productielijnen met beperkte ruimte.
③ Toepassingen:
Halfgeleider zijwaarts gepompte modules, vezellasercombiners, ultrasnelle laserversterkers.
2. Koeling met faseveranderingsmateriaal (PCM): een "thermisch reservoir" voor warmtebuffering
① Technologisch principe:
Er worden faseveranderingsmaterialen (PCM's) gebruikt, zoals paraffine of metaallegeringen, die grote hoeveelheden latente warmte absorberen tijdens de overgang van vast naar vloeibaar, waardoor periodiek pieken in de thermische belasting worden opgevangen.
② Belangrijkste voordelen:
Absorbeert kortstondige piekwarmte bij gepulseerde laserbewerking, waardoor de momentane belasting van het koelsysteem wordt verminderd.
Vermindert het energieverbruik van vloeistofkoelsystemen met wel 40%.
③ Toepassingen:
Hoogenergetische gepulseerde lasers (bijv. QCW-lasers), 3D-printsystemen met frequente, kortstondige thermische schokken.
3. Warmteverspreiding via warmtebuizen: een passieve "thermische snelweg"
① Technologisch principe:
Maakt gebruik van afgesloten vacuümbuizen gevuld met een werkmedium (zoals vloeibaar metaal), waarbij verdampings-condensatiecycli snel lokale warmte over het gehele thermische substraat overbrengen.
② Belangrijkste voordelen:
Een thermische geleidbaarheid tot wel 100 keer die van koper (>50.000 W/m·K), waardoor thermische egalisatie zonder energieverlies mogelijk is.
Geen bewegende onderdelen, onderhoudsvrij, met een levensduur tot 100.000 uur.
③ Toepassingen:
Krachtige laserdiode-arrays, precisie-optische componenten (bijv. galvanometers, focuslenzen).
4. Koeling door straalbotsing: een hogedruk-"warmteblusser"
① Technologisch principe:
Een reeks microsproeiers spuit koelvloeistof met hoge snelheid (>10 m/s) rechtstreeks op het oppervlak van de warmtebron, waardoor de thermische grenslaag wordt verstoord en extreme convectieve warmteoverdracht mogelijk wordt.
② Belangrijkste voordelen:
Lokaal koelvermogen tot 2000 W/cm², geschikt voor single-mode fiberlasers met een vermogen van kilowatts.
Gerichte koeling van zones met hoge temperaturen (bijv. de eindvlakken van laserkristallen).
③ Toepassingen:
Vezellasers met hoge helderheid en één modus, niet-lineaire kristalkoeling in ultrasnelle lasers.
5. Intelligente algoritmes voor thermisch beheer: AI-gestuurd "koelbrein"
① Technologisch principe:
Het systeem combineert temperatuursensoren, debietmeters en AI-modellen om de warmtebelasting in realtime te voorspellen en koelparameters (bijv. debiet, temperatuur) dynamisch aan te passen.
② Belangrijkste voordelen:
Adaptieve energieoptimalisatie verbetert de algehele efficiëntie met meer dan 25%.
Voorspellend onderhoud: analyse van thermische patronen maakt vroegtijdige waarschuwingen mogelijk voor veroudering van de pompbron, verstopping van kanalen, enz.
③ Toepassingen:
Intelligente laserwerkstations voor Industrie 4.0, parallelle lasersystemen met meerdere modules.
Naarmate laserbewerking zich ontwikkelt naar hogere vermogens en grotere precisie, is thermisch beheer geëvolueerd van een "ondersteunende technologie" naar een "kernonderscheidend concurrentievoordeel". De keuze voor innovatieve koeloplossingen verlengt niet alleen de levensduur van de apparatuur en verbetert de bewerkingskwaliteit, maar verlaagt ook de totale bedrijfskosten aanzienlijk.
Geplaatst op: 16 april 2025