大科激光发布天狼星激光器 有效解决动力电池加工难题
【机床商务网栏目 名企在线】谁是夜空中最亮的星？在地球上仰望夜空，肉眼可见的最亮的恒星非天狼星莫属。天狼星(Sirius)的名字来源于古希腊(∑εριο)，意为发光或灼烧。在某些古老的部落，天狼星被认为是“太阳背后的太阳”，是太阳力量的来源。从古至今，围绕天狼星衍生出了不计其数的神话和传说。它璀璨、炽热，引人瞩目，又神秘、梦幻，让人心向往之。
在我国激光行业的璀璨群星中，近期也诞生了一颗“天狼星”。湖南大科激光近期发布了全新的天狼星系列光纤激光器，它拥有近乎超高的光束质量和稳定持久的性能，攻克了过去光纤激光器在新能源电池焊接中遇到的诸多难题，为新能源电池市场提供更高效率和更优质量的焊接解决方案。
“天狼星”由来——以更高亮度 为高端应用市场引路
2021年，我国光纤激光器市场再度迎来发展高峰，全年市场规模接近125亿元，同比增长33%，其中国产激光器市场份额接近70%。在市场高速发展、国产品牌加速崛起的过程中，这一市场却因产品同质化而陷入价格战泥潭——部分激光器企业主动降价抢占市场，而设备集成商在采购激光器时也片面强调功率和价格，“X kW多少钱”已成为集成商接触激光器企业的开场白。
实际上，这样的观念只是把激光器视为单纯的功率器件，而忽略了激光器的另一个重要特性——亮度，也忽略了亮度背后的价值。众所周知，激光的四个基本特性是方向性好、单色性好、相干性好、亮度高。亮度表示了激光的明亮程度，其定义是：光源在单位面积、单位频带宽度和单位立体角内发射的光功率，简单来说就是“单位空间内激光的功率”。亮度是衡量激光器综合性能的重要指标之一，也是研究激光应用的重要参考依据。
目前，光纤激光器更多应用在金属下料市场。在这一粗放型市场中，高亮度的作用并不明显，但更高功率却能带来切割速度和切割能力的提升，因此过去十年间光纤激光器一直在追求更高功率。随着我国产业升级的加速，越来越多的高端制造业对激光技术需求增加，也对激光的亮度提出了更高要求。例如，动力电池的切割、焊接过程中常会遇到铜、铝等高反材料，普通亮度的激光器在加工这些材料时往往面临工艺窗口窄、熔池可控性低、易产生飞溅、焊接缺陷明显等痛点。为解决这样的痛点，具有更高亮度的天狼星系列光纤激光器应运而生。
亮度接近极致——效率、质量、工艺窗口均提升
OFweek维科网·激光获悉，大科激光通过独特的光路设计和工艺处理，抑制了横向模式不稳定和受激拉曼散射，实现了2.2kW纯单模(M2<1.1，接近衍射极限)输出，能量传输光纤(芯径为14μm，NA为0.07)长度达到7m，拉曼抑制比优于-35dB。这一系列突破，奠定了天狼星系列激光器(Sirius-1000W～4000W)的技术基础。
2kW输出时光束质量M2为1.07
相比20μm芯径，14μm芯径光纤输出的单模激光对应的焦点光斑面积缩小了51%，功率密度提升1倍，从而实现在较低输出功率下熔化铜铝等高反射率金属，不仅大幅降低生产能耗，还在提升生产效率同时缩小焊接中的热影响区，从而减少熔池飞溅和降低焊缝缺陷率。
为验证这一理论，OFweek维科网·激光联合大科激光实验室分别用芯径为14μm、20μm、50μm的2kW激光器进行紫铜焊接测试，在确保熔深为1.46mm的情况下，我们得出结论：芯径为14μm的单模激光器焊接紫铜无明显缺陷，且速度是20μm的准单模激光器的1.5倍，是50μm的多模激光器的4.5倍。实验数据如下：
更重要的是，芯径为14μm的单模激光器可以在保持熔宽基本不变的情况下，逐渐增加熔深，实现穿透深度可控，为新能源、3C、电力等行业所需的高反材料(如铝、黄铜、紫铜)的高质量、高精度焊接提供了优质解决方案。
其次，芯径为14μm的单模激光器的熔深稳定。在-3～2.5mm的离焦量范围内，熔深变化只有±0.25mm，可以完美地解决由于熔深不稳定造成的虚焊问题，具有更宽的工艺窗口。
品质稳如恒星——国产供应链提供稳定支撑
实际上，早在2021年6月，大科激光便已做出了天狼星Sirius-2000W 14μm激光器的原理样机，实现了M2<1.1、拉曼抑制优于-35dB、传输光纤达到7米的指标。但大科激光在此后进行了长达8个月的应用测试和可靠性验证工作，一方面是总结相关的技术优势，另一方面则是针对稳定性、可靠性进行改进升级。
众所周知，在光纤激光器的长期使用中，不可避免会出现光子暗化效应及受激拉曼散射。天狼星激光器样机在烤机测试初期表现稳定，但随着烤机时间增长开始出现功率波动现象。大科激光的技术人员对此进行了多轮优化与迭代，开发出用于模式净化的DEC技术和用于抑制拉曼光的RSF技术，最终使天狼星激光器通过了长达720小时的烤机测试，消除了光子暗化现象，确保了整机功率的长期可靠性。
大科激光董事长郭少锋表示：“我们之所以把这一系列激光器命名为天狼星系列，正是因为它与天狼星具备同样的特质。第一，天狼星是恒星，而我们的激光器经过验证，功率稳定性就像恒星一样。第二，天狼星是最亮的恒星，而我们的天狼星激光器亮度也是极高的，2kW激光测试的光束质量M2为1.07，已经充分接近激光光束质量的理论极限值。”
值得一提的是，在天狼星激光器进行稳定性测试的初期，是国产器件版与进口器件版同步进行的。随着测试的深入，大科激光发现国产器件的性能与稳定性与进口器件几乎没有差异。基于供应链安全的考虑，最终大科激光选择大批量导入国产元器件。目前，大科激光天狼星产线已经建成，月产能超过300台。可以说，稳定可靠的国产元器件供应是天狼星激光器稳定量产的基石。
奔向星辰大海——针对高端市场全线产品升级
如前文所说，目前光纤激光器的应用主要是金属下料市场，大家对亮度的价值认知尚不充分。天狼星系列激光器的出现，对高亮度激光器的应用破局有着重要意义。郭少锋博士表示：“随着制造业的升级，光纤激光器必将从功率时代发展到亮度时代。大科激光将会坚持亮度为王的思想，加强对高亮度、细纤芯激光器应用的探索。天狼星是夜空中最亮的恒星，天狼星激光器也将凭借极高的亮度，为新能源电池焊接、3D打印等行业提供更优的制造方案。”
天狼星激光器-软包极耳焊接
天狼星激光器-方形极耳焊接
天狼星激光器-防爆阀焊接
天狼星激光器-极柱焊接
天狼星激光器-密封钉焊接
天狼星激光器-汇流排焊接
除天狼星系列外，大科激光还对旗下全线产品进行了重新定义。如：
金牛座(Taurus)系列激光器，功率段覆盖6kW-20kW，凭借独特的HBSC(高亮度合束)技术，适用于大功率激光切割市场。
狮子座(Leo)系列激光器，功率段覆盖1.5kW-3kW，凭借获得湖南省专利一等奖的BRP(后向光防护技术)技术，能够确保稳定切割高反材料。
飞马座(Pegasus)系列激光器，功率段覆盖500W-1500W，凭借HPPS(高精度功率稳定技术)技术，适用于3D打印市场。
半人马(Centaurus)系列激光器主要为窄线宽系列激光器，功率段覆盖500W-1500W，适用于各类科研定制市场。
这一系列产品的重新命名，既凸显了大科激光将高亮度激光应用推向星辰大海的决心，又预示着激光行业即将打破同质化竞争局面，从通用化市场逐步走向体现技术特点的细分市场。
从某种角度来说，在应用层面上更好地发挥高亮度、细纤芯激光器的价值，比单纯把激光器指标做出来的难度更大。正如郭少锋博士所言：“目前我们在光源技术储备上已经具备一定的超前性，但在应用方面还需要努力开拓。我们的应用团队正和客户展开深度合作，根据具体的应用需求，针对性地改进激光器功能。我们希望把全系列的高亮度光纤激光器都能够很好地运用起来，也希望跟合作伙伴携手拓展高亮度激光器的应用领域，为激光行业及相关的行业发展做出贡献。”
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