現代の外装における吸収ギャップ

指向性エネルギー堆積（DED）およびレーザークラッディングの分野において、業界は材料の壁に直面している。標準的な赤外線（IR）光源は鋼やチタンを容易に処理できるが、電気自動車（EV）および航空宇宙用熱交換器市場に牽引された銅・金合金の需要急増により、従来の1064nm光源の限界が露呈した。.

物理法則は容赦ない。1µm（赤外線）では、銅のような高反射金属は室温で入射エネルギーの5%未満しか吸収しない。これを補うため、操作員は危険なほど出力を上げている。 ダイオードレーザーモジュール, 溶融池の乱流が過剰になり「スパッタ」が発生する。2024年と2025年に注目を集める解決策は、単にパワーを増すことではなく、波長の根本的な転換である： 青 ファイバー結合型レーザーダイオード.

波長の優位性：青色対赤外線

エンジニアが調達する ファイバーレーザーモジュール, 吸収係数曲線を理解することは極めて重要である。.

$$A(λ) = 1 – R(λ)$$

$A$は吸収率、$R$は反射率である。.

• 銅上の赤外光（1064nm）： $\approx 5\%$ 吸収。.
• 青色（450nm）が銅に照射された場合： $\約65\%$ 吸収。.

高出力の青色光を利用することで ファイバー結合型レーザーダイオード, 製造業者は、赤外線システムに必要なエネルギー密度のわずか数分の1で溶融プールを形成できる。これにより、不安定なキーホールモードではなく、安定した伝導限界溶接が実現される。.

事例研究：シンシナティ・タービンの画期的な技術革新

所在地：アメリカ合衆国オハイオ州シンシナティ

会社名：エアロブレード・ダイナミクス（航空エンジン向けMROサービスプロバイダー）

日付：2024年1月～2024年8月

件名：エンジニアリングリード、サラ・ジェンキンズと「インコネル・銅」の課題

エアロブレード・ダイナミクス 高圧タービンブレードの修理を専門としている。2023年には、独自の銅-クロム-ニオブ合金製ロケットエンジン燃焼室の修理契約を獲得した。.

問題：

既存の4kW IRファイバー レーザーモジュールシステム 失敗していた。銅を溶かすには、レーザーを90%の出力で運転する必要があった。この高出力により銅粉末は堆積前に爆発的に気化し、被覆層に8%の気孔率を生じさせた——航空宇宙飛行機器には許容できない値である。.

解決策：

サラ・ジェンキンスは、ハイブリッド・ダイオード・レーザー・モジュール・システムの統合を指揮した。このカスタムセットアップは

1. 2kW 青色（450nm） ファイバー結合 レーザーダイオード （表面を濡らすために）。.
2. 2kWのIR（976nm）ダイオード（深部バルク加熱を提供するため）。.

実施：

ビームは単一の600µmデリバリーファイバーに結合された。青色光は銅表面に効率的に結合し、瞬時に溶融プールを形成した。その後、赤外線エネルギーがプールを維持し、高速堆積を可能にした。.

結果（2024年8月検証済み）：

1. 多孔性： 8%から<0.1%に削減（完全密実部分）。.
2. 速度： 被覆速度は300%により増加した（0.4 m/minから1.2 m/minへ）。.
3. 効率性： 総電力消費量が40%減少したのは、プロセスが単純な力任せではなく吸収効率に依存したためである。.

“「これは、大ハンマーからメスに切り替えるようなものです」と、ジェンキンズは RAPID + TCT で発表したホワイトペーパーで報告しています。「青色ダイオードが光路を予熱し、赤外線エネルギーの道筋を整えます。もはや反射率と戦う必要はありません。」”

ハイブリッドシステム向けモジュールの統合

ハイブリッドDEDシステムの構築には高度な技術が必要である ダイオードレーザーモジュール 選択。繊維を単純に継ぎ接ぎすることはできません。.

1. ビーム合成アーキテクチャ

波長を混合するには（例：450nm + 976nm）、モジュール筐体内にダイクロイックビームコンバイナが必要です。.

• 伝送効率： 高品質モジュールはコンバイナー光学系において98.1%以上の変換効率を達成する。.
• 冷却： コンバイナ自体は迷光を吸収し、能動冷却を必要とする。もし ファイバーレーザーモジュール コンバイナー温度の内部監視機能がないため、熱変位によりビームがずれる。.

2. 光ファイバーコア径とビーム密度

クラッディングにおいては、「輝度」（単位面積・立体角あたりの出力）は切断ほど重要ではないが、均一性が鍵となる。.

$$電力密度 (E) = \frac{P}{\pi \cdot r^2}$$

ファイバー結合型 レーザーダイオード 長方形または正方形のファイバーコア（スクエアコアファイバー）を用いたものが、クラッド材としてますます好まれるようになっている。円形ビームはラスター走査時に中心部で過剰に重なり、熱の蓄積を引き起こす。一方、正方形ビームは完全に均一な「カーペット状」の熱分布を提供し、プリント部品の残留応力を低減する。.

3. バック反射アイソレーション

高出力で銅を処理する際、バック反射が激しい。 ダイオードレーザーモジュール コリメートレンズには、450nmの光が976nm発光素子へ逆戻りするのを防ぐための特殊コーティングを施す必要がある。逆の場合も同様である。標準的な反射防止（AR）コーティングでは不十分であり、カスタムのデュアルバンドコーティングが必須である。.

結論

金属積層造形の未来は材料の多様性にあり。「一つのレーザーで全てを」というアプローチは時代遅れだ。波長特性を採用することで ファイバー結合型レーザーダイオード 技術——特にハイブリッド型ブルー/IRシステム——により、製造業者は反射性金属を鋼鉄と同様の容易さで加工できる。MRO工場のような エアロブレード・ダイナミクス, これは単なる品質の問題ではありません。宇宙分野とEV分野において、まったく新しい収益源を開拓することなのです。.

貴社の光学エンジンは次世代素材向けに最適化されていますか？それとも反射率との戦いを続けているのでしょうか？