Лазерлік өңдеу саласында жоғары қуатты, қайталану жиілігі жоғары лазерлер өнеркәсіптік дәлдік өндірісіндегі негізгі жабдыққа айналуда. Дегенмен, қуат тығыздығы артып келе жатқандықтан, жылуды басқару жүйенің өнімділігін, қызмет ету мерзімін және өңдеу дәлдігін шектейтін негізгі кедергіге айналды. Дәстүрлі ауа немесе қарапайым сұйық салқындату шешімдері енді жеткіліксіз. Инновациялық салқындату технологиялары қазір салада алға жылжуда. Бұл мақалада тиімді және тұрақты лазерлік өңдеу жүйелеріне қол жеткізуге көмектесетін бес озық жылуды басқару шешімі ұсынылған.
1. Микроканалды сұйықтықпен салқындату: дәл температураны бақылауға арналған «тамырлық желі»
① Технология принципі:
Микрондық масштабтағы арналар (50–200 мкм) лазерлік күшейту модуліне немесе талшықты біріктіргішке енгізілген. Жоғары жылдамдықты айналымдағы салқындатқыш сұйықтық (мысалы, су-гликоль қоспалары) жылу көзімен тікелей жанасып, жылу ағынының тығыздығы 1000 Вт/см²-ден асатын өте тиімді жылу таратуға қол жеткізеді.
② Негізгі артықшылықтары:
Дәстүрлі мыс блокты салқындатумен салыстырғанда жылу тарату тиімділігін 5–10 есеге жақсарту.
10 кВт-тан асатын тұрақты үздіксіз лазерлік жұмысты қолдайды.
Ықшам өлшемі кеңістікті шектеулі өндіріс желілері үшін өте қолайлы миниатюралық лазерлік бастарға интеграциялауға мүмкіндік береді.
③ Қолдану салалары:
Жартылай өткізгішті бүйірлік сорғы модульдері, талшықты лазерлік комбайндар, аса жылдам лазерлік күшейткіштер.
2. Фазалық ауыспалы материал (PCM) салқындату: жылуды буферлеуге арналған «жылулық резервуар»
① Технология принципі:
Қатты-сұйықтық ауысулары кезінде көп мөлшерде жасырын жылуды сіңіретін, осылайша шыңдық жылу жүктемелерін мезгіл-мезгіл буферлейтін парафин балауызы немесе металл қорытпалары сияқты фазалық ауысу материалдарын (ПАТ) пайдаланады.
② Негізгі артықшылықтары:
Импульсті лазерлік өңдеу кезінде өтпелі шың жылуын сіңіреді, салқындату жүйесіне лездік жүктемені азайтады.
Сұйық салқындату жүйелерінің энергия тұтынуын 40%-ға дейін азайтады.
③ Қолдану салалары:
Жоғары энергиялы импульсті лазерлер (мысалы, QCW лазерлері), жиі өтпелі термиялық соққылары бар 3D басып шығару жүйелері.
3. Жылу құбырының жылулық таралуы: пассивті «жылулық магистраль»
① Технология принципі:
Жұмыс сұйықтығымен (мысалы, сұйық металл) толтырылған тығыздалған вакуумдық түтіктерді пайдаланады, мұнда булану-конденсация циклдері жергілікті жылуды бүкіл термиялық субстрат арқылы тез тасымалдайды.
② Негізгі артықшылықтары:
Мыстың жылу өткізгіштігінің 100 есесіне дейін (>50 000 Вт/м·К), бұл нөлдік энергиялы жылу теңестіруді қамтамасыз етеді.
Қозғалмалы бөлшектер жоқ, техникалық қызмет көрсетуді қажет етпейді, қызмет ету мерзімі 100 000 сағатқа дейін.
③ Қолдану салалары:
Жоғары қуатты лазерлік диодтық массивтер, дәл оптикалық компоненттер (мысалы, гальванометрлер, фокустау линзалары).
4. Ағынды суыту: жоғары қысымды «жылу сөндіргіш»
① Технология принципі:
Микрофорсункалар жиынтығы салқындатқыш сұйықтықты жоғары жылдамдықпен (>10 м/с) тікелей жылу көзінің бетіне шашыратады, бұл жылу шекаралық қабатын бұзады және конвективті жылу алмасудың жоғары деңгейіне мүмкіндік береді.
② Негізгі артықшылықтары:
Киловатт деңгейіндегі бір режимді талшықты лазерлерге жарамды, 2000 Вт/см² дейінгі жергілікті салқындату қуаты.
Жоғары температуралы аймақтарды мақсатты түрде салқындату (мысалы, лазерлік кристалдардың ұштары).
③ Қолдану салалары:
Бір режимді жоғары жарықтықты талшықты лазерлер, аса жылдам лазерлердегі сызықты емес кристалды салқындату.
5. Интеллектуалды жылуды басқару алгоритмдері: жасанды интеллектпен басқарылатын «миды салқындату»
① Технология принципі:
Температура сенсорларын, ағын өлшегіштерін және жасанды интеллект модельдерін біріктіріп, жылулық жүктемелерді нақты уақыт режимінде болжайды және салқындату параметрлерін (мысалы, ағын жылдамдығы, температура) динамикалық түрде реттейді.
② Негізгі артықшылықтары:
Бейімделгіш энергияны оңтайландыру жалпы тиімділікті 25%-дан астамға жақсартады.
Болжамды техникалық қызмет көрсету: термиялық үлгіні талдау сорғы көзінің ескіруі, арнаның бітелуі және т.б. туралы ерте ескертулерге мүмкіндік береді.
③ Қолдану салалары:
Industry 4.0 интеллектуалды лазерлік жұмыс станциялары, көп модульді параллель лазерлік жүйелер.
Лазерлік өңдеу жоғары қуат пен дәлдікті арттыруға бағытталғандықтан, жылулық басқару «қолдау технологиясынан» «негізгі ерекшеленетін артықшылыққа» айналды. Инновациялық салқындату шешімдерін таңдау жабдықтың қызмет ету мерзімін ұзартып, өңдеу сапасын жақсартып қана қоймай, сонымен қатар жалпы пайдалану шығындарын айтарлықтай азайтады.
Жарияланған уақыты: 16 сәуір 2025 ж.