V mnoha průmyslových procesech se lasery VCSEL používají jako nástroj pro ohřev povrchu. Jako vysoce intenzivní infračervený tepelný zdroj je přesně nasměrovaná tepelná úprava diodovým laserem se selektivním zářením o určitých vlnových délkách jak škálovatelná tak také energeticky efektivní. VCSEL arrays laserů podporují sušení, svařování, navařování povlaků, letování a ohřev. Také v aditivní výrobě plastových, legovacích a ocelových komponent vykazují mnoho výhod. Úzkopásmové záření se hodí stejně tak dobře pro svařování plastů jako pro tavení povrchů laserem. V zásadě jsou předurčeny pro všechny procesy, u kterých je rozhodující precizní kontrola ploch a teplot. Kromě toho podporují topné systémy VCSEL měření teploty během tepelné úpravy s infračervenými kamerami nebo pyrometry. Moduly tepelné úpravy laserem jsou velmi dobře vhodné pro flexibilní velkoplošné použití k ohřevu, u kterého je vyžadována vysoká preciznost. V porovnání s obvyklými metodami ohřevu profitují uživatelé z podstatně větší flexibility, preciznosti a úspor nákladů.
Tepelná úprava laserem s VCSEL
Lasery VCSEL se používají k tepelné úpravě různých povrchů a materiálů. Optimalizují procesy jako sušení, svařování, navařování povlaků, letování nebo ohřev.
Tepelná úprava laserem VCSEL k sušení, svařování, navařování povlaků a ohřevu
Jak funguje tepelná úprava s lasery VCSEL?
Tisíce mikrolaserů (VCSEL) jsou namontovány na jediném čipu. 56 těchto čipů je umístěno na každém emitoru a více emitorů je sloučeno na jednom modulu. Obdélníková plocha záření může obsahovat miliony mikrolaserů a odevzdávat několik kW infračerveného výkonu laseru. Moduly VCSEL vytvářejí blízké infračervené záření s výkonovou hustotou 100 W/cm² v nasměrovaném, velkoplošném obdélníkovém průřezu paprsku. Tak je dosaženo precizní, lokální tepelné úpravy bez dalších drahých laserových optik nebo skenovacích systémů.
Co přináší lokální tepelná úprava laserem v průmyslových výrobních procesech?
Výhody diodových laserů (VCSEL) pro průmyslovou tepelnou úpravu
Laserová technologie VCSEL nabízí mnoho výhod oproti obvyklým technologiím jako je ohřev troubami Reflow a horkými panely, tvářením za horka nebo lasery se zoom optikou.
Volitelné vlnové délky a lokální emisní zóny umožňují precizní konfiguraci intenzity a ploch a také vynikající výsledky procesů.
Velikost modulu nastavte podle vašich potřeb: Změňte počet namontovaných emitorů nebo přizpůsobte kryt.
Výkonová hustota topného systému VCSEL je s 100 W/cm² podstatně vyšší než výkon infračervených nebo halogenových lamp.
Přizpůsobte tepelnou hustotu a laserové záření individuálním potřebám výroby, tím že zvolíte počet emitorů VCSEL nebo přídáte funkce čoček.
TRUMPF poskytuje aplikační podporu zákazníkům na celém světě.
Kde se používají lasery VCSEL k tepelné úpravě?
Mnoho výrobních a průmyslových procesů profituje z ohřevu prostřenictvím VCSEL arrays laserů. K tomu patří svařování, letování, navařování povlaků a uvolňování připevnění plastových, legovacích a ocelových komponent ve výrobních a montážních linkách.
Vkládání topných systémů VCSEL nebo vzájemné spojování materiálů, svařování plastů a úprava vrstev z více materiálů pro pokládku pásu. Výsledek: vynikající pevnost a nízká deformace.
Teplo generované topnými systémy VCSEL vytváří těsné spojení různých povrchů.
Tepelná úprava mokrých povlakových materiálů laserem efektivně urychluje procesy sušení.
Díky tepelné úpravě lasery VCSEL jsou materiály například měkčí nebo se zvýší výkon.
Systémy VCSEL lokálně ohřívají letované oblasti a omezují dobu letování. To vede k vyšší kvalitě a vyššímu výkonu.
Při 3D tisku kovových dílů jsou termická pnutí redukována díky tepelné úpravě VCSEL. Systém VCSEL může také tavit plasty a tak vytvářet díl v 3D tisku.
Svařování
Topné systémy VCSEL lze využívat pro mnoho různých způsobů použití. K tomu patří svařování plastových dílů, spojování hran u nábytkových desek nebo ohřev lepicí pásky pro výrobu kompozitních materiálů.
Plasty lze svařovat prostřednictvím prozáření laserem. Při tomto postupu jsou dva termoplastické plasty spojovány pomocí laserového paprsku. Ten pronikne transparentní povrchovou vrstvu dílu a ohřeje pod ní umístěný díl absorbující záření. Absorbující plastový podkladní materiál se taví a nataví tak transparentní spojovanou oblast. Topné systémy VCSEL mohou v jednom jediném průchodu záření oblast použití obrobku současně svařovat a ohřívat.
Systémy VCSEL poskytují vysoce výkonná laserová řešení na míru pro Fiber Placement a procesy pokládání pásky. Tak můžete díky tepelné úpravě s lasery VCSEL škálovatelně a flexibilně vyrábět kompozitní materiály.
VCSEL arrays jsou vhodné pro průmyslovou výrobu nábytkových desek. Dosáhnete bezešvého tavení hran a povrchů a tím dosáhnete velmi dobrých výsledků u produktů. Kompaktní a spolehlivý zdroj tepelné úpravy VCSEL poskytuje infračervený výkon laseru, který je cíleně a precizně kontrolovatelný a především vyniká použitím ve výrobě s vysokým výkonem.
Navařování povlaků
Technologie VCSEL umožňuje velmi precizní vysokorychlostní uzavření povrchů. Tím je například výroba baterií podstatně efektivnější.
Systémy VCSEL mohou navařování pouch článků až trojnásobně zrychlit. K tomu účelu přivádějí teplo ke svařování dovnitř pouch fólie, blízko k oblasti svařování. Tepelná úprava poskytuje také velmi precizní navařování. Tím se prodlouží životnost bateriových článků, protože se zabrání tvorbě záhybů ve fólii. Tento postup zvyšuje kvalitu a homogenitu pouch článků.
Sušení
Topné systémy VCSEL se ukazují jako mnohostranné v použití s variabilním měřítkem jako např. se sušením bateriových fólií.
Po procesu nanášení se bateriové fólie suší, aby se z jejich aktivních materiálů odstranila případná rozpouštědla. Průmyslové systémy VCSEL jsou optimálně vhodné pro velkoplošné procesy tepelné úpravy jako je sušení fólií. Především tepelná úprava s VCSEL arrays laserů je velmi flexibilní, což se týká škálovatelnosti a také výkonové hustoty. Velké povrchové oblasti lze ohřívat s vysoce přesným, lokálním řízením selektivního infračerveného záření o určitých vlnových délkách.
Ohřev
Topné systémy VCSEL lze používat k precizní úpravě ohřívaných oblastí pro určité materiály jako např. ocel a křemíková destička.
Lokální uvolňování připevnění ocelových dílů karoserie v automobilovém průmyslu je předurčeno k tomu, aby určité oblasti byly cíleně podrobeny tepelné úpravě. K tomu patří například B-sloupky. VCSEL řešení nabízejí rychlou a jednoduchou cestu k selektivnímu uvolňování připevnění vysoce pevných ocelových dílů.
VCSEL arrays umožňují homogenní ohřev křemíkových destiček. Kvůli svému velmi rovnoměrnému a rychlému ohřevu jsou ideální pro rychlou termickou úpravu (Rapid Thermal Processing, RPT) ve výrobě destiček. Jednotlivé zóny ohřevu lze velmi přesně řídit. Laserový ohřev umožňuj velmi rychlé zvýšení teploty o několika stech stupních Celsia za sekundu. Díky vynikajícímu lokálnímu řízení přes teplotní profily tak VCSEL zvyšují kvalitu destiček.
VCSEL arrays laserů činí efektivnější výrobu solárních článků. Vypálení kontaktů částic stříbra na povrchu solárních článků se označuje jako "Firing". Používání systémů VCSEL pro tento proces nabízí řadu výhod. Při rychlém vypalování laserovými paprsky se ohřejí pouze solární články, zatímco zbývající oblast trouby zůstane převážně chladná. Laserové paprsky jako tepelný zdroj zvyšují energetickou efektivitu a efektivitu nákladů. Proto je potřeba méně místa pro troubu a prodlužuje se životnost. Tyto vlastnosti systémů ohřevu diodových laserů mohou značně snížit výrobní náklady.
VCSEL arrays mohou zvýšit účinnost solárních článků. Vysoce výkonné laserové moduly VCSEL k ozáření monokrystalických křemíkových solárních článků při ultra rychlé regeneraci ve vteřině trvale udržitelně zabraňují reaktivní tvorbě sloučenin bóru a kyslíku. Výsledek: podstatně zvýšená účinnost článků. Tento proces je jak efektivně tak také do velké míry lokalizován s ohledem na intenzitu a cílovou oblast. Ultrafast Cell Regeneration přináší značné plus u efektivity vysoce výkonných solárních článků.
Při ultra rychlém Light Soaking jsou odstraněny energetické bariéry během výroby prostřednictvím intenzivního záření a vysokých teplot, které jsou vytvářeny topnými systémy VCSEL. Tento proces snižuje vnitřní odpor solárního článku a umožňuje mu efektivnější funkci. Tudíž systémy VCSEL arrays mohou zvýšit účinnost solárních článků.
Letování
Lasery VCSEL jsou velmi efektivní při letování malých kontaktních bodů na deskách tištěných spojů a v případě potřeby poskytují vyšší výstupní výkon než obvyklé technologie.
Při LAS jsou pájecí kuličky pomocí tepelné úpravy infračervenými lasery VCSEL naletovány přímo na desky tištěných spojů, což je především výhodou u menších kuliček a rozsahů. Při LAS zaručují lasery VCSEL vysoce precizní lokální tepelnou úpravu a nejvyšší kvalitu pájených míst. Další výhodou je, že tepelná úprava laserem zvyšuje životnost desek tištěných spojů.
Postup LAB používá Flip chip na desce tištěných spojů a pájecí kuličky jako spoje. Systém VCSEL ohřeje čip zeshora, a prostřednictvím křemíkových destiček přenášená laserová energie taví pájecí kuličky mezi čipem a deskou tištěných spojů. Tak je umožněn ohřev větších oblastí kompletní desky tištěných spojů s několika čipy – při vyšším výstupním výkonu než u jiných řešení.
Aditivní výroba
VCSEL arrays nabízejí jedinečné výhody pro 3D tisk kovů a plastů.
Když se tisknou kovové díly o velkém objemu v 3D tisku, termické gradienty působí často negativně na slinované díly. Pnutí lze minimalizovat díky ohřevu zeshora pomocí laserů na bázi VCSEL. Protože ohřev lasery podstatně redukuje termické pnutí a deformace u tištěného dílu. To zajistí lepší mechanické vlastnosti dílu.
Tisíce jednotlivě adresovatelných laserů VCSEL s koncentrovanými optikami je možné používat jako zdroj světla pro selektivní laserové slinování (SLS). To přináší enormní výhody v porovnání s obvyklými tiskárnami SLS, které pracují pouze s jedním nebo dvěma skenovacími lasery. Díky speciálním topným systémům VCSEL lze dosáhnout vyššího rozlišení (250 dpi) v kombinaci s nepřekonanou rychlostí výroby. Ta je asi 10-krát rychlejší než u nejlepších konvenčních 3D tiskáren z plastů.
Topné systémy VCSEL k tepelné úpravě v akci
Zjistěte více o různorodých možnostech použití a technologii tepelné úpravy laserem s topnými systémy VCSEL.
Pomocí opce lokální tepelné úpravy lze zvolené plochy přímo ozářit. Emisní zóny systémů TruHeat VCSEL lze přesně a individuálně ovládat.
U VCSEL arrays lze profily intenzity individuálně přispůsobit, aby tak bylo možné precizní řízení emisních zón a parametrů výkonu.
Jak se vyrábějí topné systémy TRUMPF VCSEL a jak se používají?
Zjistěte více: Stáhněte naše whitepaper!
Whitepaper ukazuje výsledky aplikací při úpravě křemíkové destičky Ø 300 mm se speciálním topným systémem 9,6 kW VCSEL. Kromě výsledků aplikací je poukazováno na výhody topných systémů VCSEL pro velkoplošnou, homogenní tepelnou úpravu v Rapid Thermal Processing (RTP) u křemíkových destiček.
Kontaktujte nás!
Spojte se s našimi odborníky pro tepelnou úpravu laserem , abyste prozkoumali a vyřešili vaše specifické potřeby.
