1. Principios técnicos y diferencias de rendimiento.
① Ganancia media
Los láseres de fibra utilizan fibras de vidrio dopadas con tierras raras-como medio de ganancia. Bajo la acción de la luz de la bomba, se forma una alta densidad de potencia en la fibra, lo que resulta en una inversión poblacional del nivel de energía del láser y una oscilación del láser a través del circuito de retroalimentación positiva de la cavidad resonante. Los láseres de fibra son compactos y no requieren un sistema de enfriamiento complejo, y la flexibilidad de la fibra los hace más ventajosos en aplicaciones de procesamiento espacial multi-dimensional.
El núcleo de un láser de fibra es una fibra óptica, un filamento de vidrio o plástico -flexible y fino como un cabello conocido por su capacidad de guiar la luz a largas distancias con una pérdida mínima. La fibra actúa como medio de ganancia activo del láser y es el núcleo del funcionamiento del láser. Sin embargo, a diferencia de las fibras de vidrio o plástico sin dopar que se utilizan en las telecomunicaciones, la fibra óptica de un láser de fibra está dopada con elementos de tierras raras como erbio o iterbio. Este dopaje introduce el estado de energía necesario para el funcionamiento del láser, permitiendo que la fibra no sólo guíe la luz sino que también la amplifique.
El láser-de estado sólido (SSL) se centra en su medio de ganancia único, el material sólido, y normalmente se compone de cuatro partes: medio de ganancia, sistema de enfriamiento, cavidad resonante óptica y fuente de bomba. El medio de ganancia, como el rubí (Cr:Al₂O₃) o el granate de itrio y aluminio dopado con neodimio-(Nd:YAG), es el alma del láser de estado sólido-. Los iones activados (como Nd³⁺) dopados en su interior logran la inversión de población bajo la acción de la luz de la bomba, generando así luz láser. El sistema de enfriamiento es responsable de eliminar el calor acumulado dentro del medio de ganancia debido a la generación del láser para garantizar un funcionamiento estable del láser. El resonador óptico forma oscilaciones continuas a través de la retroalimentación positiva de los fotones, generando un rayo láser altamente monocromático y altamente direccional.
② Rendimiento y eficiencia
Los láseres de fibra son conocidos por su excelente eficiencia eléctrica, gracias a la naturaleza de los cables de fibra óptica, que pueden conducir la luz con una pérdida mínima. Esta característica hace que los láseres de fibra sean increíblemente eficientes energéticamente, alcanzando a menudo eficiencias superiores al 30%. Los láseres-de estado sólido son generalmente menos eficientes, probablemente debido a las mayores pérdidas de sus medios de mayor ganancia y a la necesidad de lámparas de alta-intensidad para el bombeo.
③ Calidad del haz: afecta directamente la eficacia de los láseres en aplicaciones de precisión
El funcionamiento monomodo-de los láseres de fibra puede proporcionar una calidad de haz increíblemente alta, caracterizada por un enfoque preciso y una divergencia mínima. Los láseres-de estado sólido, si bien son capaces de proporcionar haces de alta-calidad, a menudo son difíciles de igualar la calidad del haz de los láseres de fibra, especialmente a niveles de potencia más altos. A pesar de su menor eficiencia y calidad del haz, los láseres-de estado sólido no están exentos de ventajas. Tienen potentes capacidades de escalamiento de energía y son muy adecuados para aplicaciones de alta-potencia. Los láseres-de estado sólido pueden diseñarse para producir niveles de potencia increíblemente altos aumentando el tamaño del medio de ganancia y la potencia de bombeo, lo cual no es tan sencillo para los láseres de fibra debido a las limitaciones del tamaño de la fibra y la disipación de calor.
④ Estabilidad
Los láseres de fibra tienen una alta estabilidad. Su estructura de fibra es insensible a los cambios ambientales (como temperatura, humedad, vibraciones, etc.) y puede mantener condiciones de trabajo estables en entornos hostiles. Al mismo tiempo, los láseres de fibra son estructuras de estado sólido-y no contienen componentes ópticos de espacio libre-, por lo que se consideran más duraderos y adaptables a los cambios ambientales.
Los láseres-de estado sólido tienen una estabilidad relativamente pobre y los cambios en los factores ambientales pueden tener un mayor impacto en su rendimiento.
⑤ Rendimiento de disipación de calor
Los láseres de fibra tienen un excelente rendimiento de disipación de calor. Su medio de ganancia es la fibra óptica, que tiene una gran relación entre superficie y volumen, y el calor se puede disipar rápidamente, por lo que puede funcionar de manera estable durante mucho tiempo y puede soportar una alta potencia de salida.
Los láseres-de estado sólido son relativamente difíciles de disipar el calor y son propensos a sufrir efectos térmicos cuando funcionan a alta potencia, lo que afecta el rendimiento y la vida útil del láser.
⑥ Tamaño y costos de mantenimiento.
Los láseres de fibra son muy compactos y casi no requieren mantenimiento. El pequeño tamaño de la fibra y la ausencia de espejos externos reducen en gran medida los problemas de alineación asociados con los láseres-de estado sólido. Además, las excelentes capacidades de disipación de calor de la fibra normalmente no requieren enfriamiento activo, lo que reduce aún más los requisitos de mantenimiento. Al mismo tiempo, los láseres de fibra son generalmente más seguros de operar porque el láser está confinado dentro de la fibra, lo que reduce el riesgo de exposición accidental.
La alineación de espejos en láseres-de estado sólido es fundamental para su funcionamiento y requiere inspecciones y ajustes periódicos, lo que aumenta la carga de trabajo de mantenimiento. Además, los láseres-de estado sólido generalmente requieren enfriamiento activo para administrar el calor generado en el medio de ganancia, lo que no solo aumenta la complejidad del sistema, sino que también aumenta los requisitos de mantenimiento. Los láseres-de estado sólido tienden a ser más grandes que los láseres de fibra. La necesidad de espejos de gran ganancia y espejos externos aumenta su tamaño y peso, limitando su aplicabilidad en aplicaciones con espacio limitado.
2. Campos de aplicación
Los láseres de fibra brillan en el campo del corte y la soldadura industrial por su alta potencia, alta calidad de haz, buen rendimiento de disipación de calor y estabilidad. Los láseres de fibra son especialmente adecuados para el corte de placas gruesas y la soldadura de materiales metálicos. Su alta eficiencia de conversión electro-óptica y su diseño sin ajuste-ni mantenimiento-reducen en gran medida el coste de uso y la dificultad de mantenimiento. Al mismo tiempo, la alta tolerancia de los láseres de fibra a entornos de trabajo hostiles, como polvo, vibraciones, humedad, etc., también hace que funcionen bien en diversos sitios industriales. Los láseres continuos tienen un alto grado de penetración en el campo del macroprocesamiento y han ido reemplazando gradualmente los métodos de procesamiento tradicionales en este campo.
Los láseres-de estado sólido son únicos en el campo de la ultra-precisión y el ultra-microprocesamiento con su alta potencia máxima, gran energía de pulso y salida láser de longitud de onda-corta (como luz verde y luz ultravioleta). En procesos como el marcado, corte, perforación y soldadura de materiales metálicos y no-metálicos, los láseres-de estado sólido pueden lograr una mayor precisión de procesamiento y una mayor aplicabilidad del material. Especialmente en la soldadura de alta-precisión y-la impresión 3D con fotocurado de materiales no-metálicos, los láseres-de estado sólido se han convertido en el equipo preferido debido a sus láseres de longitud de onda corta-con pequeños efectos térmicos y alta precisión de procesamiento. Los láseres-de estado sólido se utilizan principalmente en el campo del micro-mecanizado de precisión de materiales no-metálicos y materiales delgados, quebradizos y otros materiales metálicos debido a su longitud de onda corta (ultravioleta, ultravioleta profundo), ancho de pulso corto (picosegundo, femtosegundo) y alta potencia máxima. Además, los láseres-de estado sólido se utilizan ampliamente en-investigaciones científicas de vanguardia en los campos del medio ambiente, la medicina, el ejército, etc.
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Áreas de aplicación |
Láseres-de estado sólido |
Láser de fibra |
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Marcado láser |
Marcado de materiales metálicos/no-metálicos, los materiales no-metálicos incluyen embalajes, vidrio, cerámica, plásticos, polímeros, etc., especialmente para marcar materiales finos y de alto-precio. |
Principalmente para marcar materiales metálicos. |
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Corte, soldadura y taladrado por láser. |
Corte de materiales metálicos y no-metálicos, especialmente corte de alta-precisión de materiales finos; soldadura de materiales no metálicos, especialmente soldadura de alta-precisión de materiales finos; perforación de precisión metálica/no-metálica. |
Principalmente para corte de materiales metálicos, principalmente corte de materiales gruesos; soldadura de materiales metálicos, principalmente soldadura de materiales gruesos; principalmente para perforación de metal, cerámica, etc. |
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fabricación de teléfonos móviles |
Corte de forma de cubierta de teléfono móvil, eliminación de tinta de vidrio de corte de cámara, corte de módulo de huellas dactilares, marcado de cubierta posterior, corte de polarizador, corte de pantalla completa, perforación de auricular, corte de auricular, perforación de cubreobjetos, corte de anillo de carga inalámbrica, etc. |
Soldadura de baterías, soldadura de componentes, corte/soldadura tipo-C, soldadura de componentes metálicos, soldadura de auriculares, etc. |
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Automotor |
Corte de espejos retrovisores, perforación de inyectores de combustible, perforación de vidrios de pantallas de vehículos, etc. |
Corte de piezas polares de baterías eléctricas, soldadura de tapas, soldadura de marcos, soldadura de piezas especiales de ranuras de motor, etc. |
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Fabricación Aditiva (Impresión 3D) |
Impresión 3D de materiales de foto-curado y de alto-punto de fusión-y de alta-reflectividad |
Sinterización de metales, revestimiento por láser |
3. Cuota de mercado
Nuestro país está en el proceso de transformación y mejora de la fabricación desde una fabricación de gama baja-a una de gama alta-. La fabricación de gama baja- representa una proporción elevada. El mercado de macro-procesamiento cubre tanto la fabricación de gama baja- como parte de la fabricación de gama alta-. La demanda del mercado es grande. Por tanto, la capacidad de mercado de los láseres de fibra es relativamente grande.
Los láseres de fibra nacionales de baja-potencia están altamente localizados y hay muchos fabricantes nacionales-a gran escala. Según el "Informe sobre el desarrollo de la industria del láser en China", los láseres de fibra de baja-potencia han sido reemplazados por completo por productos nacionales; en términos de láseres de fibra continua de potencia media-, la calidad nacional no tiene desventajas obvias, la ventaja de precio es obvia y la participación de mercado es equivalente; En términos de láseres de fibra continua de alta-potencia, las marcas nacionales han logrado ventas parciales.
En cuanto a los láseres sólidos, debido al tardío desarrollo en China, actualmente no hay empresas cotizadas que tengan este producto como negocio principal y generalmente compran marcas extranjeras.
Los láseres de fibra se utilizan principalmente en el campo del macroprocesamiento debido a su alta potencia de salida (el macroprocesamiento láser generalmente se refiere al procesamiento del tamaño y la forma del objeto de procesamiento con la influencia del rayo láser en el nivel milimétrico); Los láseres sólidos se utilizan ampliamente en el campo del microprocesamiento debido a sus ventajas, como longitud de onda corta, ancho de pulso estrecho y potencia máxima alta (el microprocesamiento generalmente se refiere al procesamiento del tamaño y la forma con una precisión que alcanza el nivel micrométrico o incluso nanométrico), lo que resulta en ciertas diferencias entre los usuarios de láseres sólidos y láseres de fibra.
En general, los láseres sólidos y los láseres de fibra tienen sus propios campos de aplicación. No existe competencia directa entre los dos en la mayoría de los campos. En el campo del procesamiento de materiales metálicos que se superpone con el campo del microprocesamiento, cuando el metal alcanza un cierto espesor, este campo generalmente adopta métodos tradicionales o láseres de fibra por razones de costo. Los láseres sólidos solo se utilizan en escenas con un espesor de metal fino o altos requisitos de procesamiento y son insensibles al costo. Además, la superposición de competencia entre los dos es baja. Los láseres sólidos se utilizan principalmente para el procesamiento de materiales no-metálicos (vidrio, cerámica, plásticos, polímeros, embalajes, otros materiales quebradizos, etc.), y en el campo de los materiales metálicos, se utilizan en escenas con requisitos de alta precisión y relativamente insensibles al coste.
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