隨著手持式激光焊接市場的快速發(fā)展,近幾年來采用水冷散熱方式的手持激光焊機(jī)大量面向市場進(jìn)行銷售,相比較傳統(tǒng)焊機(jī)的外形尺寸,現(xiàn)有水冷手持激光焊機(jī)的設(shè)備體積和重量仍然讓客戶感覺過于笨重,日常頻繁維護(hù)等問題讓用戶依舊苦不堪言。在用戶期待手持激光焊機(jī)朝向小型化、輕量化、免維護(hù)的發(fā)展趨勢中,水冷散熱式手持激光焊機(jī)的關(guān)鍵的突破難點就在于采用了水冷散熱方式。
目前行業(yè)中手持激光焊機(jī)技術(shù)發(fā)展對于風(fēng)冷散熱方式的呼聲尤其明顯,希望通過風(fēng)冷散熱技術(shù)進(jìn)一步使激光手持焊機(jī)更加輕量化、小型化、免維護(hù),提升用戶的使用體驗,使其使用起來更貼近傳統(tǒng)焊機(jī)的使用體驗。因此在風(fēng)冷散熱技術(shù)路線上也誕生了兩種不同的風(fēng)冷散熱方案,那么哪種方案更能滿足產(chǎn)品散熱需求,哪種方案更加穩(wěn)定可靠呢?
01
激光器的心臟:半導(dǎo)體激光芯片
手持激光焊機(jī)中最為重要的部件是光纖激光器,無論哪種散熱方式都需要保證光纖激光器的良好散熱,而光纖激光器中散熱的核心是激光器中的半導(dǎo)體激光芯片,可以形容為激光器的心臟,如果激光芯片無法得到有效散熱,也就意味著芯片的失效風(fēng)險加大和長期使用的功率衰減增加,從而影響手持激光焊機(jī)的使用壽命,是極其關(guān)鍵的部件。在當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展情況下,激光芯片的工作壽命會隨著溫度的增加快速衰減,芯片自身正常工作溫度需要保持在80℃以內(nèi),普遍安全的工作溫度應(yīng)該在60℃左右。
(半導(dǎo)體激光芯片)
02
強(qiáng)制風(fēng)冷 VS 空調(diào)直冷
首先我們先來了解一下強(qiáng)制風(fēng)冷的散熱方式在手持激光焊機(jī)中的優(yōu)缺點;
優(yōu)勢:強(qiáng)制風(fēng)冷技術(shù)是通過將熱量傳導(dǎo)的形式,將所產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至鋁制散熱器,通過風(fēng)扇吹動環(huán)境空氣快速流動,從而實現(xiàn)對散熱器的自然換熱。相比于水冷散熱技術(shù),風(fēng)冷散熱不需要額外配備水冷箱,可以減少設(shè)備數(shù)量和體積。
劣勢:由于采用自然對流的換熱方式,其散熱效率受環(huán)境溫度影響較為明顯,在高溫環(huán)境下無法保障散熱效率,導(dǎo)致半導(dǎo)體激光芯片升高,降低激光芯片使用壽命,無法滿足高溫環(huán)境下的持續(xù)可靠運(yùn)行。
(傳統(tǒng)被動式風(fēng)冷散熱方案)
為什么說強(qiáng)制風(fēng)冷的散熱方式無法保障激光芯片在高溫下會降低使用壽命,甚至失效風(fēng)險?
半導(dǎo)體激光芯片作為核心元件被封裝在一個密封的金屬殼體中,形成一個完整的半導(dǎo)體激光泵浦,在工作中會釋放大量的熱,如果是一臺1500W的激光器滿功率運(yùn)行,按照泵浦電光效率55%計算,其半導(dǎo)體泵浦散熱功率大約在2100W左右,當(dāng)環(huán)境溫度30攝氏度時,半導(dǎo)體泵浦殼體溫度在44攝氏度左右,此時激光芯片溫度即可達(dá)到75攝氏度以上,如果環(huán)境溫度達(dá)到35攝氏度以上,激光芯片工作溫度將高于80攝氏度以上,面臨著極高的失效風(fēng)險,所以對于傳統(tǒng)強(qiáng)制風(fēng)冷的散熱方式來說,整機(jī)2500W左右的熱量需要通過鋁制散熱器進(jìn)行自然對流進(jìn)行熱交換,其難度可謂巨大,加上激光芯片在高溫運(yùn)行下的失效風(fēng)險,無法滿足設(shè)備長期可靠的連續(xù)運(yùn)行。
(與傳統(tǒng)風(fēng)冷散熱方案在不同溫度下激光芯片溫度的變化)
我們再來了解一下主動式空調(diào)直冷散熱技術(shù)在手持激光焊機(jī)中的優(yōu)缺點
優(yōu)勢:其原理是將空調(diào)壓縮機(jī)與光纖激光器結(jié)合,通過空調(diào)壓縮機(jī)將氣態(tài)的制冷劑壓縮為高溫高壓的氣態(tài),并送至冷凝器進(jìn)行冷卻,經(jīng)冷卻后變成中溫高壓的液態(tài)制冷劑,中溫液態(tài)的制冷劑經(jīng)膨脹閥節(jié)流降壓,變成低溫低壓的氣液混合體,經(jīng)過激光器內(nèi)部吸收熱量而汽化,變成氣態(tài),然后再回到壓縮機(jī)繼續(xù)壓縮,繼續(xù)循環(huán)進(jìn)行制冷,在制熱的時候四通閥使氟利昂在冷凝器與蒸發(fā)器的流動方向與制冷時相反,從而達(dá)到制熱的效果。
劣勢:由于采用了近似于變頻空調(diào)的技術(shù)原理,其制造成本高于普通散熱器的強(qiáng)制風(fēng)冷散熱方式,其次設(shè)備重量略高。
(強(qiáng)制風(fēng)冷 vs 空調(diào)直冷 兩種散熱方式的對比)
03
三大核心優(yōu)勢,重新定義風(fēng)冷技術(shù)新標(biāo)桿
對比較為經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)制風(fēng)冷技術(shù),主動式空調(diào)直冷散熱技術(shù)有以下三大核心優(yōu)勢:
1
超低功率衰減,性能穩(wěn)定,持久加倍
業(yè)內(nèi)人士都知道,激光芯片在80℃以上會受到嚴(yán)重的不可逆損害。得益于“主動式空調(diào)直冷技術(shù)”優(yōu)秀的智能控溫系統(tǒng),可以保證設(shè)備在滿功率長時間的連續(xù)工作條件下,其半導(dǎo)體泵浦內(nèi)關(guān)鍵的激光芯片持續(xù)在70℃以下工作,連續(xù)運(yùn)行滿一年后,功率衰減≤5%! 而傳統(tǒng)的強(qiáng)制風(fēng)冷散熱技術(shù)無法實現(xiàn)溫度的實時調(diào)控,激光芯片溫度無法控制在合理區(qū)間,導(dǎo)致強(qiáng)制風(fēng)冷技術(shù)設(shè)備的功率衰減遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于主動式空調(diào)制冷技術(shù),輕則損害激光芯片導(dǎo)致設(shè)備使用壽命變短,嚴(yán)重情況下直接燒壞激光器設(shè)備無法使用。使用主動式空調(diào)制冷技術(shù)的產(chǎn)品無論是在使用壽命,還是功率衰減方面都能表現(xiàn)的更優(yōu)異,極大地提高了用戶設(shè)備的使用周期,降低成本。
2
不懼嚴(yán)寒酷暑,高效散熱,挑戰(zhàn)極限
由于強(qiáng)制風(fēng)冷是依靠周圍環(huán)境空氣的快速流動,帶走設(shè)備內(nèi)部熱量,導(dǎo)致強(qiáng)制風(fēng)冷散熱技術(shù)受環(huán)境溫度的影響極大,在炎熱或寒冷季節(jié)的天氣變化、南方或北方的區(qū)域氣候等都會對強(qiáng)制風(fēng)冷設(shè)備的工作效率和穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響,甚至直接停止工作,影響用戶加工效率和設(shè)備正常使用。主動式空調(diào)制冷技術(shù)采用的是獨(dú)立壓縮機(jī)直冷方案,使得散熱效果即使在極端天氣環(huán)境下也依舊強(qiáng)勁。光惠激光創(chuàng)新性提出ACC智能控溫技術(shù),確保激光器內(nèi)部溫度始終穩(wěn)定,從而為光纖激光器設(shè)備穩(wěn)定輸出保駕護(hù)航。
3
更高的散熱能力,不斷突破激光器散熱功率上限
隨著光纖激光器的功率升高,所產(chǎn)生的熱能也會成直線上升。目前市面上采用強(qiáng)制風(fēng)冷散熱技術(shù)的光纖激光器功率最大為1500W,更高功率段激光器若采用強(qiáng)制風(fēng)冷技術(shù),將無法帶走設(shè)備所產(chǎn)生的熱量,導(dǎo)致光纖激光器內(nèi)部溫度過高,無法正常工作。
2023年德國慕尼黑光電展期間,光惠激光再次刷新風(fēng)冷技術(shù)功率段記錄,面向全球發(fā)布了萬瓦級風(fēng)冷產(chǎn)品:主動式空調(diào)直冷12kw光纖激光器,整機(jī)散熱功耗大于17KW,溫度控制依然穩(wěn)定、可靠、精準(zhǔn),真正突破了高功率激光器的散熱技術(shù)瓶頸,使光纖激光器的運(yùn)行功率穩(wěn)定性得到極大提升,設(shè)備長期運(yùn)行免維護(hù),無水冷散熱系統(tǒng)維護(hù)麻煩,用戶更省心,免去維護(hù)煩惱。
光惠激光“主動式空調(diào)直冷技術(shù)”自2021年7月發(fā)布以來,因散熱系統(tǒng)導(dǎo)致的設(shè)備故障幾乎為零,長期散熱的可靠性得到充分的市場驗證,真正能夠做到高效散熱、智能控溫、閉環(huán)控制。
至此,手持激光焊機(jī)的散熱技術(shù)哪家強(qiáng),通過數(shù)據(jù)對比和技術(shù)差異性的對比,可以明顯比較出“空調(diào)直冷散熱方式”的巨大優(yōu)勢,即滿足了客戶對設(shè)備小型化、輕量化、免維護(hù)的追求,同時極大保障了設(shè)備的長期運(yùn)行可靠性,是用戶最為正確的選擇!
從專注于976nm技術(shù)的不斷探索和創(chuàng)新,到主動式空調(diào)直冷散熱技術(shù)方案,光惠激光一直堅持技術(shù)創(chuàng)新,以“讓激光成為普惠的通用化工具”為使命,提供高性能、高效率、高質(zhì)量的激光器和解決方案。未來,光惠激光將繼續(xù)深耕于主動式空調(diào)直冷散熱技術(shù),引領(lǐng)風(fēng)冷技術(shù)最新發(fā)展動向,切實從用戶角度出發(fā),推出覆蓋更高更全功率、更硬品質(zhì)、更穩(wěn)性能的激光器產(chǎn)品。
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