Лазерлік өңдеу саласында жоғары қуатты, жоғары қайталанатын лазерлер өнеркәсіптік дәлдіктегі өндірістегі негізгі жабдыққа айналуда. Дегенмен, қуат тығыздығы артып келе жатқандықтан, жылуды басқару жүйе өнімділігін, қызмет ету мерзімін және өңдеу дәлдігін шектейтін негізгі кедергі ретінде пайда болды. Дәстүрлі ауа немесе қарапайым сұйық салқындату шешімдері енді жеткіліксіз. Салқындатудың инновациялық технологиялары қазір салада алға серпіліс жасайды. Бұл мақала тиімді және тұрақты лазерлік өңдеу жүйелеріне қол жеткізуге көмектесетін бес жетілдірілген жылуды басқару шешімін ашады.
1. Микроканалды сұйықтықты салқындату: температураны дәл бақылауға арналған «тамырлық желі»
① Технологиялық принцип:
Микрон масштабындағы арналар (50–200 мкм) лазер күшейту модуліне немесе талшықты біріктіргішке енгізілген. Жылдамдығы жоғары айналмалы салқындатқыш сұйықтық (мысалы, су-гликоль қоспалары) жылу көзімен тікелей байланыста ағып, жылу ағынының тығыздығы 1000 Вт/см² асатын өте тиімді жылу диссипациясына қол жеткізеді.
② Негізгі артықшылықтары:
Дәстүрлі мыс блоктарын салқындатумен салыстырғанда жылуды тарату тиімділігін 5–10 × жақсарту.
10 кВт-тан асатын тұрақты үздіксіз лазерлік жұмысты қолдайды.
Ықшам өлшем кішірейтілген лазер бастарына біріктіруге мүмкіндік береді, кеңістік шектеулі өндірістік желілер үшін өте қолайлы.
③ Қолданбалар:
Жартылай өткізгішті бүйірлік айдалатын модульдер, талшықты лазерлік біріктіргіштер, өте жылдам лазерлік күшейткіштер.
2. Фазаны өзгерту материалы (PCM) салқындату: жылу буферлеуге арналған «жылу резервуары»
① Технологиялық принцип:
Парафинді балауыз немесе металл қорытпалары сияқты фазаны өзгертетін материалдарды (ФКМ) пайдаланады, олар қатты-сұйықтық ауысу кезінде жасырын жылуды көп сіңіреді, осылайша ең жоғары термиялық жүктемелерді мезгіл-мезгіл буферлейді.
② Негізгі артықшылықтары:
Импульстік лазерді өңдеуде салқындату жүйесіне лездік жүктемені азайта отырып, өтпелі ең жоғары жылуды сіңіреді.
Сұйық салқындату жүйелерінің энергия шығынын 40%-ға дейін азайтады.
③ Қолданбалар:
Жоғары энергиялы импульстік лазерлер (мысалы, QCW лазерлері), жиі өтпелі термиялық соққылары бар 3D басып шығару жүйелері.
3. Жылу құбырының термиялық таралуы: пассивті «жылу тас жолы»
① Технологиялық принцип:
Жұмыс сұйықтығы (мысалы, сұйық металл) толтырылған тығыздалған вакуумдық түтіктерді пайдаланады, онда булану-конденсация циклдары локализацияланған жылуды бүкіл термиялық негізге жылдам тасымалдайды.
② Негізгі артықшылықтары:
Жылу өткізгіштік мыс 100 × дейін (>50 000 Вт/м·К), энергияны нөлдік жылуды теңестіруге мүмкіндік береді.
Жылжымалы бөлшектері жоқ, техникалық қызмет көрсетуді қажет етпейді, қызмет ету мерзімі 100 000 сағатқа дейін.
③ Қолданбалар:
Жоғары қуатты лазерлік диод массивтері, дәлдіктегі оптикалық компоненттер (мысалы, гальванометрлер, фокустау линзалары).
4. Реактивті соққыдан салқындату: жоғары қысымды «жылу сөндіргіш»
① Технологиялық принцип:
Микро-саптамалар жиыны салқындатқышты жоғары жылдамдықпен (>10 м/с) тікелей жылу көзінің бетіне шашады, бұл жылу шекаралық қабатын бұзады және экстремалды конвективті жылу алмасуды қамтамасыз етеді.
② Негізгі артықшылықтары:
Жергілікті салқындату сыйымдылығы 2000 Вт/см² дейін, киловатт деңгейлі бір режимді талшықты лазерлерге жарамды.
Жоғары температура аймақтарын мақсатты салқындату (мысалы, лазерлік кристалдың шеткі беттері).
③ Қолданбалар:
Бір режимді жоғары жарықтығы бар талшықты лазерлер, өте жылдам лазерлерде сызықты емес кристалды салқындату.
5. Жылуды басқарудың интеллектуалды алгоритмдері: AI басқаратын «салқындату миы»
① Технологиялық принцип:
Жылу жүктемелерін нақты уақытта болжау және салқындату параметрлерін (мысалы, ағын жылдамдығы, температура) динамикалық реттеу үшін температура сенсорларын, шығын өлшегіштерін және AI үлгілерін біріктіреді.
② Негізгі артықшылықтары:
Адаптивті энергияны оңтайландыру жалпы тиімділікті 25%-дан астамға жақсартады.
Болжалды техникалық қызмет көрсету: термиялық үлгіні талдау сорғы көзінің ескіруі, арнаның бітелуі және т.б. туралы ерте ескертулерге мүмкіндік береді.
③ Қолданбалар:
Industry 4.0 интеллектуалды лазерлік жұмыс станциялары, көп модульді параллель лазерлік жүйелер.
Лазерлік өңдеу жоғары қуат пен жоғары дәлдікке қарай ілгерілеген сайын термиялық басқару «қолдауыш технологиядан» «негізгі саралау артықшылығына» айналды. Салқындату үшін инновациялық шешімдерді таңдау жабдықтың қызмет ету мерзімін ұзартып, өңдеу сапасын арттырып қана қоймайды, сонымен қатар жалпы пайдалану шығындарын айтарлықтай азайтады.
Жіберу уақыты: 16 сәуір-2025 ж