導讀
雷射自問世以來，給制造業帶來了巨大的變化。雷射制造技術具有許多優勢，例如高品質、環保、高選擇性以及能夠執行各種加工操作，包括增材制造和焊接。是以，雷射已廣泛應用于航空航天、汽車和軌道交通等領域。在雷射制造技術的發展過程中，近紅外雷射一直占據主導地位。然而，在處理銅和鋁等高反射金屬時會出現挑戰，因為它們的反射率可高達 95%。值得注意的是，銅和其他高反射金屬的吸收率受不同雷射波長的影響很大。在這篇綜述中，我們回顧和分析了相關文獻，總結了使用綠藍雷射制造高反射金屬的現狀和挑戰。此外，考慮到單雷射的局限性，我們還總結了紅外-藍雷射混合在制造業中的現狀，并為高反射金屬的制造提供了指導性見解。
主要圖表
圖 1. 雷射束與材料之間的吸收、反射、透射、折射和散射的實體互相作用示意圖。
圖2. Cu的光吸收率。
圖 3. 基于陶瓷 Nd:YAG 的綠色雷射器示意圖。
圖 4. 實驗裝置。
圖5. 示意圖說明了每種技術的原理和加工特點，包括優點和局限性。
圖6.純銅的應用部件。
圖 7. 使用 DOE 優化參數集制造的銅樣品的顯微照片。
圖 8. 純 Cu 晶格結構的幾何形狀。(a) 晶胞和晶格結構的計算機輔助設計。(b) 用綠色雷射束通過 L-PBF 制造的純 Cu 晶格結構的光學照片。
圖 9. 純 Cu 晶格結構的力學性能。（a、b）Oct 和 Cub 結構在各種應變速率下的标稱壓縮應力-應變曲線。壓縮變形下 Oct 和 Cub 結構的 (c) 2% 偏移屈服應力、(d) 20% 流動應力和 (e) 吸收能量的比較。
圖10. BJ-AM工藝步驟示意圖。
圖 11. 使用 1 kW 功率、1 g/min 送粉速率和 0.1 m/min 熔覆速度對銅基體上的銅沉積物進行高速成像的幀。（a）參考圖表示感興趣的區域。（b）過程的進展：随着雷射束向前移動，熔池發生移動（白色圓圈表示感興趣的區域），（c）粉末顆粒融入熔池（白色圓圈标記粉末顆粒的位置）。
圖 12. 使用 1 kW 雷射功率、0.5 m/min 熔覆速度和 1.3 g/min 粉末進料速率對鋁上的銅沉積進行高速成像的幀。(a) 表示感興趣區域的參考圖；(b) 粉末顆粒摻入熔池的幀序列和 (c) 粉末顆粒到達氧化物表皮的幀序列（白色圓圈标記粉末顆粒的位置）。
圖 13. 藍色雷射系統：(a) 光路示意圖，(b) 雷射二極管簇示意圖，(c) 藍色雷射裝置照片，(d) 藍色雷射穿過水的照片。LD：雷射二極管。
圖 14. 藍色雷射和近紅外雷射焊接的表面。
圖 15. CuSn6 的縱向截面。
圖 16. 恒定雷射功率 147.7 W 時 CuSn6 和 Cu-ETP 的焊接深度取決于進給速率（CuSn6 和 Cu-ETP 的垂直刻度相同）。
圖 17. CuSn6 接頭結構（a）對接接頭 0.15 毫米；（b）搭接接頭 0.15 毫米；（c）對接接頭 0.3 毫米。
圖 18. (a) 機器人藍色雷射焊接裝置 (b) 雷射焊接頭。
圖19. 樣本的外觀。
圖 20。藍色二極管雷射系統的發展。
圖 21. 使用藍色二極管雷射器進行增材制造的實驗裝置。
圖 22. 使用藍色雷射對雷射塗層進行 X 射線觀察。(a) 雷射能量密度：1221 kJ/cm2 (b) 雷射能量密度：732 kJ/cm2 (c) 雷射能量密度：523 kJ/cm2 (d) 雷射能量密度：407 kJ/cm2。
圖 23. 60 W（a）、80 W（b）、100 W（c）、120 W（d）、140 W（e）功率下銅基合金上銅層的表面圖像。
圖 24. 20 W（a）、30 W（b）、40 W（c）、50 W（d）條件下 304 型銅層的表面圖像。
圖25. (a) 高速錄影機拍攝的結果與雷射照射軌迹疊加，(b) 純銅棒形成示意圖。
圖 26. (a) 使用藍色雷射建構的 10 × 10 × 10 毫米 Cu 立方體示例 (b) 使用藍色雷射建構的 20 × 20 × 20 毫米 Cu 立方體示例。
圖 27. 銅樣品在 0、0.1、0.2 和 0.3 秒時的熔化和凝固動力學，使用 (a) 1 kW 單模光纖雷射器和 200 W 藍色二極管雷射器的混合雷射器和 (b) 1 kW 單模光纖雷射器。
圖 28. 銅樣品在 (a) 1 kW 單模光纖雷射器和 200 W 藍色二極管雷射器的混合雷射器和 (b) 1 kW 單模光纖雷射器照射後的效果。
圖 29. 紅外雷射焊接的數值結果：（a）t = 0.5 s 時 y = 0 mm 橫截面的溫度（K）和流體流場；（b）吸收的紅外雷射功率和效率；（c）紅外雷射效率比較。
圖 30. AlSi7Mg 基體上雷射熔覆 CuCrZr 合金的頂面形貌：紅外雷射（a-c）、藍光雷射（d-f）和紅外-藍光混合雷射（gn），其中第一個功率代表紅外雷射功率，第二個功率代表藍光雷射功率。
圖 31. 不同雷射源下熔覆軌道的形成機理：紅外雷射（a 和 b）、藍光雷射（c 和 d）、高功率紅外 + 藍光雷射（e 和 f）以及低功率紅外雷射 + 藍光（g 和 h）。
圖 32. 紅外雷射、藍光雷射和紅外-藍光混合雷射輻照下 AlSi7Mg 基體上純銅包覆的形成機理。
圖33. AlSi7Mg基體上雷射熔覆純銅合金的頂面和橫截面形貌：紅外雷射（a-c）、藍光雷射（d-f）和混合雷射（g-i）。
主要結論
綜上所述，綠光和藍光雷射器都可以作為首選，為制造銅等高反射金屬材料提供了新的選擇，拓展了銅等高反射金屬的應用領域。随着雷射波長的減小，銅等高反金屬的吸收率明顯提高，提高了雷射的使用率和加工效率，使銅的直接焊接成為可能。藍綠雷射可以高效、有效地焊接銅等高反金屬，在保證高品質和重複性的同時，還能最大限度地減少焊接過程中的飛濺，為獲得高品質的焊縫奠定基礎。藍綠雷射還能提供穩定的熱傳導焊接和深熔焊接，保證焊接熔深的一緻性。此外，這些雷射器的熱影響區更小，有助于減少變形，非常适合薄闆焊接和微焊接。将熱變形的影響降到最低對于銅等材料的增材制造應用至關重要。但由于最大功率的限制和較高的成本，這些雷射器在工業應用中并不普遍。随着技術的進步，它們的最大功率已經大大提高，應用領域也不斷擴大。為了解決單一雷射器應用的局限性，研究人員提出了雷射組合制造的概念。通過發揮不同雷射器的優勢，可以提高器件制造水準。例如，采用同軸配置的高功率紅外-藍光混合雷射器有望解決合金中的高金屬電阻問題，并且可以擴充到對裂紋敏感的合金，如TiAl、NiTi和高熵合金，用于增材制造。未來的技術進步将帶來更多的雷射組合及其在各個領域的應用。對于綠光雷射，随着雷射技術的進步和發展，它将在焊接和增材制造中變得更加精确和高效。更高的功率也将有助于提高加工速度和生産效率。綠光雷射在不同類型材料上表現出獨特的優勢，進而導緻雷射焊接和增材制造中材料的應用範圍更加廣泛。随着工業對高效精密制造的需求不斷增長，綠光雷射技術有望得到更廣泛的應用。對于藍光雷射，趨勢是混合雷射技術，它可以與紅外雷射相結合，發揮各自的優勢，擴大其應用範圍。
主要資訊
Application and development of blue and green laser in industrial
manufacturing: A review
https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2023.110202
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長三角G60雷射聯盟陳長軍轉載