Op het gebied van laserbewerking worden lasers met hoog vermogen en hoge herhalingsfrequentie de belangrijkste apparatuur in de industriële precisieproductie. Naarmate de vermogensdichtheid echter blijft stijgen, is thermisch beheer een belangrijk knelpunt geworden dat de systeemprestaties, levensduur en verwerkingsnauwkeurigheid beperkt. Traditionele lucht- of vloeistofkoelingsoplossingen volstaan niet langer. Innovatieve koeltechnologieën zorgen nu voor een sprong voorwaarts in de industrie. Dit artikel onthult vijf geavanceerde oplossingen voor thermisch beheer die u helpen efficiënte en stabiele laserbewerkingssystemen te realiseren.
1. Microkanaalvloeistofkoeling: een “vasculair netwerk” voor nauwkeurige temperatuurregeling
① Technologieprincipe:
Kanalen op micronschaal (50–200 μm) zijn ingebed in de laserversterkingsmodule of fibercombiner. Snel circulerend koelmiddel (zoals water-glycolmengsels) stroomt direct in contact met de warmtebron, wat zorgt voor een extreem efficiënte warmteafvoer met warmtestroomdichtheden van meer dan 1000 W/cm².
② Belangrijkste voordelen:
5–10× verbetering in warmteafvoerefficiëntie ten opzichte van traditionele koperen blokkoeling.
Ondersteunt stabiele continue laserwerking boven 10 kW.
Dankzij het compacte formaat kunnen ze worden geïntegreerd in geminiaturiseerde laserkoppen, ideaal voor productielijnen met beperkte ruimte.
③ Toepassingen:
Halfgeleider side-pumped modules, vezellasercombinatoren, ultrakorte laserversterkers.
2. Koeling met faseveranderingsmateriaal (PCM): een “thermisch reservoir” voor warmtebuffering
① Technologieprincipe:
Maakt gebruik van faseovergangsmaterialen (PCM's) zoals paraffinewas of metaallegeringen, die grote hoeveelheden latente warmte absorberen tijdens de overgang van vast naar vloeibaar, waardoor piekthermische belastingen periodiek worden gebufferd.
② Belangrijkste voordelen:
Absorbeert tijdelijke piekwarmte bij gepulste laserbewerking, waardoor de directe belasting van het koelsysteem wordt verminderd.
Vermindert het energieverbruik van vloeistofkoelsystemen tot 40%.
③ Toepassingen:
Hoogenergetische gepulste lasers (bijvoorbeeld QCW-lasers), 3D-printsystemen met frequente tijdelijke thermische schokken.
3. Heatpipe-thermische verspreiding: een passieve “thermische snelweg”
① Technologieprincipe:
Maakt gebruik van afgesloten vacuümbuizen die gevuld zijn met werkvloeistof (zoals vloeibaar metaal), waarbij verdampings- en condensatiecycli snel lokale warmte over het gehele thermische substraat overbrengen.
② Belangrijkste voordelen:
Thermische geleidbaarheid tot 100× die van koper (>50.000 W/m·K), waardoor thermische egalisatie met nul-energie mogelijk is.
Geen bewegende onderdelen, onderhoudsvrij en een levensduur tot wel 100.000 uur.
③ Toepassingen:
Arrays van laserdioden met hoog vermogen, optische precisiecomponenten (bijv. galvanometers, focusseerlenzen).
4. Jet Impingement Cooling: een hogedruk-‘hitteblusser’
① Technologieprincipe:
Een reeks microsproeikoppen spuit koelmiddel met hoge snelheid (>10 m/s) rechtstreeks op het oppervlak van de warmtebron. Hierdoor wordt de thermische grenslaag verstoord en vindt extreme convectieve warmteoverdracht plaats.
② Belangrijkste voordelen:
Lokale koelcapaciteit tot 2000 W/cm², geschikt voor single-mode fiberlasers op kilowattniveau.
Gerichte koeling van zones met hoge temperaturen (bijvoorbeeld de uiteinden van laserkristallen).
③ Toepassingen:
Enkelvoudige modus glasvezellasers met hoge helderheid, niet-lineaire kristalkoeling in ultrakorte lasers.
5. Intelligente thermische beheeralgoritmen: AI-gestuurde “koelende hersenen”
① Technologieprincipe:
Combineert temperatuursensoren, flowmeters en AI-modellen om thermische belastingen in realtime te voorspellen en koelparameters (bijv. stroomsnelheid en temperatuur) dynamisch aan te passen.
② Belangrijkste voordelen:
Adaptieve energie-optimalisatie verbetert de algehele efficiëntie met meer dan 25%.
Predictief onderhoud: thermische patroonanalyse maakt vroegtijdige waarschuwingen mogelijk over veroudering van de pompbron, verstoppingen in kanalen, enz.
③ Toepassingen:
Intelligente laserwerkstations van Industrie 4.0, parallelle lasersystemen met meerdere modules.
Naarmate laserbewerking steeds krachtiger en preciezer wordt, is thermisch beheer geëvolueerd van een 'ondersteunende technologie' tot een 'onderscheidend kernvoordeel'. De keuze voor innovatieve koeloplossingen verlengt niet alleen de levensduur van apparatuur en verbetert de verwerkingskwaliteit, maar verlaagt ook aanzienlijk de totale bedrijfskosten.
Plaatsingstijd: 16-04-2025