5 เทคโนโลยีการจัดการความร้อนล้ำสมัยในกระบวนการผลิตด้วยเลเซอร์

ในด้านการประมวลผลด้วยเลเซอร์ เลเซอร์กำลังสูงและอัตราการทำซ้ำสูงกำลังกลายเป็นอุปกรณ์หลักในการผลิตชิ้นงานที่มีความแม่นยำสูงในระดับอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม เมื่อความหนาแน่นของกำลังเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง การจัดการความร้อนได้กลายเป็นปัญหาคอขวดสำคัญที่จำกัดประสิทธิภาพ อายุการใช้งาน และความแม่นยำในการประมวลผลของระบบ โซลูชันการระบายความร้อนด้วยอากาศหรือของเหลวแบบดั้งเดิมนั้นไม่เพียงพออีกต่อไป เทคโนโลยีการระบายความร้อนที่เป็นนวัตกรรมใหม่กำลังผลักดันให้เกิดความก้าวหน้าอย่างก้าวกระโดดในอุตสาหกรรม บทความนี้จะเปิดเผยโซลูชันการจัดการความร้อนขั้นสูง 5 ประการที่จะช่วยให้คุณได้ระบบการประมวลผลด้วยเลเซอร์ที่มีประสิทธิภาพและเสถียร

1. ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบไมโครแชนเนล: “เครือข่ายหลอดเลือด” เพื่อการควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำ

① หลักการทางเทคโนโลยี:

ช่องขนาดไมครอน (50–200 μm) ถูกฝังอยู่ในโมดูลขยายสัญญาณเลเซอร์หรือตัวรวมสัญญาณไฟเบอร์ สารหล่อเย็นหมุนเวียนความเร็วสูง (เช่น สารละลายผสมน้ำและไกลคอล) ไหลสัมผัสโดยตรงกับแหล่งความร้อน ทำให้สามารถระบายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพสูง โดยมีความหนาแน่นของฟลักซ์ความร้อนเกิน 1000 W/cm²

② ข้อได้เปรียบที่สำคัญ:

ประสิทธิภาพการระบายความร้อนดีขึ้น 5-10 เท่า เมื่อเทียบกับการระบายความร้อนด้วยบล็อกทองแดงแบบดั้งเดิม

รองรับการทำงานของเลเซอร์อย่างต่อเนื่องอย่างเสถียรที่กำลังไฟเกิน 10 กิโลวัตต์

ขนาดกะทัดรัดช่วยให้สามารถติดตั้งเข้ากับหัวเลเซอร์ขนาดเล็กได้ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสายการผลิตที่มีพื้นที่จำกัด

③ การใช้งาน:

โมดูลเซมิคอนดักเตอร์แบบปั๊มด้านข้าง, ตัวรวมเลเซอร์ไฟเบอร์, เครื่องขยายสัญญาณเลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษ

2. การทำความเย็นด้วยวัสดุเปลี่ยนสถานะ (PCM): “แหล่งเก็บความร้อน” สำหรับการปรับสมดุลความร้อน

① หลักการทางเทคโนโลยี:

ใช้วัสดุเปลี่ยนสถานะ (PCMs) เช่น พาราฟินแวกซ์หรือโลหะผสม ซึ่งดูดซับความร้อนแฝงจำนวนมากในระหว่างการเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลว จึงช่วยลดภาระความร้อนสูงสุดเป็นระยะๆ

② ข้อได้เปรียบที่สำคัญ:

ช่วยดูดซับความร้อนสูงสุดชั่วขณะในกระบวนการเลเซอร์แบบพัลส์ ลดภาระทันทีของระบบระบายความร้อน

ช่วยลดการใช้พลังงานของระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวได้สูงสุดถึง 40%

③ การใช้งาน:

เลเซอร์พัลส์พลังงานสูง (เช่น เลเซอร์ QCW), ระบบการพิมพ์ 3 มิติที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันบ่อยครั้ง

3. การกระจายความร้อนด้วยท่อความร้อน: “ทางด่วนความร้อน” แบบพาสซีฟ

① หลักการทางเทคโนโลยี:

ใช้ท่อสุญญากาศปิดผนึกที่บรรจุของเหลวทำงาน (เช่น โลหะเหลว) ซึ่งวัฏจักรการระเหยและการควบแน่นจะถ่ายเทความร้อนเฉพาะจุดไปทั่วพื้นผิวความร้อนอย่างรวดเร็ว

② ข้อได้เปรียบที่สำคัญ:

มีค่าการนำความร้อนสูงถึง 100 เท่าของทองแดง (>50,000 วัตต์/เมตร·เคลวิน) ทำให้สามารถปรับสมดุลความร้อนได้โดยไม่ต้องใช้พลังงาน

ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนไหว ไม่ต้องบำรุงรักษา อายุการใช้งานยาวนานถึง 100,000 ชั่วโมง

③ การใช้งาน:

ชุดไดโอดเลเซอร์กำลังสูง, ชิ้นส่วนทางแสงที่มีความแม่นยำสูง (เช่น กัลวาโนมิเตอร์, เลนส์โฟกัส)

4. การระบายความร้อนด้วยการพ่นเจ็ท: “เครื่องดับเพลิง” แรงดันสูง

① หลักการทางเทคโนโลยี:

หัวฉีดขนาดเล็กจำนวนมากพ่นสารหล่อเย็นด้วยความเร็วสูง (>10 เมตร/วินาที) ไปยังพื้นผิวแหล่งความร้อนโดยตรง ทำให้ชั้นขอบเขตความร้อนถูกทำลายและส่งผลให้เกิดการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนอย่างรุนแรง

② ข้อได้เปรียบที่สำคัญ:

ความสามารถในการระบายความร้อนเฉพาะจุดสูงถึง 2000 วัตต์/ตารางเซนติเมตร เหมาะสำหรับเลเซอร์ไฟเบอร์แบบโหมดเดี่ยวระดับกิโลวัตต์

การระบายความร้อนเฉพาะจุดในบริเวณที่มีอุณหภูมิสูง (เช่น ปลายหน้าตัดของผลึกเลเซอร์)

③ การใช้งาน:

เลเซอร์ไฟเบอร์ความสว่างสูงแบบโหมดเดี่ยว การระบายความร้อนด้วยผลึกแบบไม่เชิงเส้นในเลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษ

5. อัลกอริทึมการจัดการความร้อนอัจฉริยะ: “สมองควบคุมการระบายความร้อน” ที่ขับเคลื่อนด้วย AI

① หลักการทางเทคโนโลยี:

ผสานรวมเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ เครื่องวัดอัตราการไหล และแบบจำลอง AI เพื่อคาดการณ์ภาระความร้อนแบบเรียลไทม์ และปรับพารามิเตอร์การทำความเย็น (เช่น อัตราการไหล อุณหภูมิ) ได้อย่างไดนามิก

② ข้อได้เปรียบที่สำคัญ:

การเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานแบบปรับตัวได้ ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมได้มากกว่า 25%

การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์: การวิเคราะห์รูปแบบความร้อนช่วยให้สามารถแจ้งเตือนล่วงหน้าถึงการเสื่อมสภาพของแหล่งจ่ายปั๊ม การอุดตันของท่อ ฯลฯ

③ การใช้งาน:

เวิร์กสเตชันเลเซอร์อัจฉริยะสำหรับอุตสาหกรรม 4.0 ระบบเลเซอร์แบบขนานหลายโมดูล

เมื่อเทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์ก้าวหน้าไปสู่กำลังที่สูงขึ้นและความแม่นยำที่มากขึ้น การจัดการความร้อนจึงได้พัฒนาจาก “เทคโนโลยีสนับสนุน” ไปสู่ ​​“ข้อได้เปรียบหลักที่สร้างความแตกต่าง” การเลือกใช้โซลูชันการระบายความร้อนที่ล้ำสมัยไม่เพียงแต่ช่วยยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์และเพิ่มคุณภาพการประมวลผลเท่านั้น แต่ยังช่วยลดต้นทุนการดำเนินงานโดยรวมได้อย่างมากอีกด้วย