新能源應用發展
綠光激光器由于其短波長的工作特性，在激光精密加工、激光顯示、生物醫療、微電子、信息存儲、光學測量等領域有著重要的應用。在工業加工領域，由于不同的材料對不同波段激光的吸收率不同，總體趨勢上來看，激光的波長越短，光子能量越大，高反金屬材料的吸收越高。銅是世界上應用量僅次于鐵、鋁的第三大金屬，廣泛應用于新能源汽車、航空航天、高速列車、智能終端產片、電子通訊等多個高端工業領域。目前大規模使用的1 微米波段紅外光纖激光器，因對銅的吸收較弱，并且隨著溫度吸收率變化劇烈（4%-17%），在銅材料的加工上，存在飛濺大、氣孔、裂紋、熱影響大、熔深不可控等缺點。上述問題對于銅材料的各個應用領域都有很大負面影響，例如，在新能源汽車動力電池的加工中，飛濺物不僅會影響銅材料的焊接效率，還會影響電池的生產安全、性能和壽命。
在室溫下，銅對近紅外波長（約1 μm）的吸收率不到5%，相當于有95%的激光被反射。而銅對綠光波長（515nm或532 nm）的吸收率超過40%，比近紅外波段高了接近一個量級。與常見的1微米波段近紅外激光相比，綠光激光器的短波長天然具有更低的束散角和更小的聚焦光斑，因此在加工中更具優勢。特別是基于目前蓬勃發展的高功率光纖激光器技術的綠光光纖激光器，由于平均功率高、光束質量好，穩定性強等諸多優點，將會迎來廣闊的應用前景。國際形勢多變，大國摩擦區域沖突頻發，使得全球經濟存在較多的不確定因素。國內經濟運行，總體平穩，增速有所回落，導致新增產能需求變少。隨著新能源行業的高速發展進入新階段，對高質量，高穩定性，高效率的焊接光源的需求正在快速上升，國產化的千瓦級超高功率綠光激光器對我國的新能源行業的提效降本、高速發展具有重要意義。
千瓦連續綠光研究現狀
近年來，商用的綠光激光器已經取得了較大的進展，德國通快公司和美國IPG公司分別通過碟片激光技術和光纖激光技術，獲得超過3kW和1kW的超高功率綠光輸出。
圖-1 公大激光1000W單模連續綠光激光器
目前，高功率連續光纖綠光激光器，國內僅深圳公大激光能夠批量供貨。2022年6月，公大激光率先推出了可用于高反金屬加工的500W單模綠光激光器，該激光器已批量應用于動力電池制造焊接應用和3D打印領域。同年7月，公大激光完成了千瓦連續綠光原型樣機。2023年9月，打磨了一年有余的1000W單模連續綠光激光器正式推向市場，同時還有光纖耦合輸出的1000W/2000W/3000W 多模光纖綠光激光器一并推出，為高反材料焊接提供更專業的解決方案。
圖-2 公大激光 3000W 多模連續綠光激光器
公大激光1000W單模連續綠光器
公大激光1000W單模連續綠光測試部分數據 PN:GCL-1000-F-S-W
圖-3 1000W 單模光纖綠光24小時功率穩定性測試 ~0.4%@RMS 注：功率波動，主要受室內溫度影響。
圖-4 公大激光1000W單模連續綠光輸出光譜
圖-5 公大激光1000W單模連續綠光光束質量測試 M平方=1.07
a近場0.2m 輸出光斑 b 遠場2m 輸出光斑
圖-6 公大激光1000W單模連續綠光輸出光斑測試結果
公大激光3000W多模連續綠光
公大激光3000W多模連續綠光測試部分數據 產品PN: GCL-3000-B-I-W
圖-7 3000W多模光纖綠光24小時功率穩定性
圖-8 3000W多模連續綠光光束質量測試 M平方=14.8
圖-9 3000W 多模綠光輸出光斑3D 圖
典型焊接應用進展
高功率千瓦連續綠光，目前可以用在新能源汽車的動力電池焊接上。鋰電池主要的焊接材料為銅和鋰，主要可分為銅-銅，銅-鋁，鋁-鋁等幾種類型焊接。這些焊接需求，目前主要使用紅外激光器。由于銅材料和鋁材料對紅外波長的吸收率低，常溫下一般在2%-5%，吸收效率低、吸收不穩定，導致焊接熔池不穩定，容易出現較大飛濺、氣孔、裂紋，還會形成比較大的熱影響區，導致焊接效果和良率偏低，這是目前鋰電池焊接的痛點問題。雖然紅外激光器經過多次優化，特別環形光斑連續高功率激光器的出現，加上對焊接材料表層鍍鎳鍍鋅等工藝步驟，在一定程度上緩解了部分高反材料焊接問題。在鋰電池的多層級耳和銅的焊接，以及銅跟鋁的異種金屬材料焊接上，目前使用紅外激光進行焊接，良率較低。終端反饋，未來主流的46系大圓柱電池，全極耳焊接使用紅外激光焊接，在測試線上的良率只有不到80%；采用高功率綠光激光器進行焊接，則良率可以做到95%以上。為了獲得更高的焊接效率和更優的焊接效果，公大激光推出了1000-3000W 的高功率連續綠光，今年9月份左右正式交付市場應用。
圖-10 常用金屬吸收譜：綠光VS近紅外激光
部分高功率綠光焊接案例見下：
（1）大圓柱電池負極集流盤焊接，焊接方式：銅-銅箔疊焊；焊接材料：0.2mm紫銅和30層6um銅箔：
a正面焊接效果 b 背面撕裂后效果
圖-11大圓柱電池負極集流盤焊接
（2）銅-鋁焊接：蓋帽極柱焊接，焊接方式：銅-鋁拼焊；焊接材料：紫銅蓋帽和鋁極柱：
a正面焊接效果 b 截面金相效果
圖-12 蓋帽極柱焊接
（3）方殼電池極轉接片焊接，焊接方式：銅-銅拼焊，焊材：1mm厚度紫銅：
a正面焊接效果 b 截面金相效果
圖-13 方殼電池極轉接片焊接
（4）多層極耳與方殼電池極柱焊接，焊接方式：鋁箔-鋁疊焊，焊材：50層正極耳（超聲波預焊）和方殼電池正極柱3mm：
a正面焊接效果 b 截面金相效果
圖-14 多層極耳（鋁）與方殼電池極柱（鋁）焊接
（5）多層極耳與方殼電池極柱焊接，焊接方式：銅箔-銅 疊焊，焊材：50層負極耳（超聲波預焊）和方殼電池負極柱3mm，焊接結果見下：
a正面焊接效果 b 截面金相效果
圖-15 多層極耳（銅）與方殼電池極柱（銅）焊接
綠激光3D打印
2023年6月28日，在增材制造產業發展（廣州）論壇暨2023年增材制造產業年會上，工業和信息化部裝備工業發展中心總工程師左世全表示，現代化產業體系的核心樞紐和制高點是工業母機，工業母機分增材制造、減材制造和等材制造。增材制造作為工業母機的一個重點發展方向和領域，也是我們制造強國的重點領域和方向，加快增材制造的發展是推進制造業高端化、智能化、綠色化發展的重要基礎。未來五年增材制造的產業規模有望突破千億，從目前的測算，如果按年均增長率25%估算，到2027年大概能到千億規模。
2023年發布的幾款折疊屏旗艦手機，以及消費電子龍頭蘋果，開始使用3D打印設備進行精密零部件加工，標志著金屬3D打印設備開始進入萬億消費電子市場的設備供應鏈。隨著，金屬3D打印使用范圍不斷拓展，應用場景增加，單位成本的逐步下降，金屬3D打印設備未來空間巨大。
德國通快是當前全球唯一推出高功率綠激光金屬3D打印設備的廠家，采用通快的高功率碟片連續綠光激光器。但由于激光器和設備價格昂貴，應用推廣進展緩慢。IPG的高功率QCW千瓦光纖綠光激光器，可用作3D高反金屬材料3D打印光源。
公大激光成為全球第三家推出高功率綠光激光器廠商，2022年開始推出500W單模連續綠光，2023年9月推出單模和多模千瓦連續綠光激光器，用于高反射材料（純銅、銅合金、鋁合金等）、貴金屬（金、銀）的綠光3D打印。綠激光3D打印設備，幾乎可以覆蓋所有常用金屬材料的3D打印需求，包括紅外金屬3D打印設備的所有類型材料。特別是純銅材料的3D打印，我們進行了大量的驗證和測試，目前純銅材料3D打印樣件的致密度可以達到99.5%以上，打印樣件的機械強度、導熱率、導電率的物料參數基本與壓鑄樣件相當。
圖-17 純銅3D打印樣件
圖-18 鈦合金3D打印樣件
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