Számos ipari folyamatban a VCSEL lézerek felületmelegítő szerszámként kerülnek alkalmazásra. Rendkívül intenzív infravörös hőforrásként a diódalézeres pontosan irányított hőkezelés szelektív hullámhosszú sugárzással skálázható és ugyanakkor energiahatékony. A VCSEL lézertömbök támogatják a szárítást, hegesztést, pecsételést, forrasztást és felmelegítést. A műanyag-, ötvözet- és acélkomponensek additív gyártásánál is sok előnyt mutat fel. A keskeny sávú sugárzás ugyanolyan jól alkalmas a műanyagok hegesztéséhez, mint a felületek lézeres olvasztásához. Alapvetően minden olyan folyamathoz alkalmasak, ahol a pontos felület- és hőmérsékletkontroll döntő fontosságú. Ezenkívül a VCSEL fűtőrendszerek támogatják a hőmérsékletmérést a hőkezelés során IR kamerákkal vagy pirométerekkel. A lézeres hőkezelő modulok kiválóan alkalmasak a rugalmas nagy felületű melegítési alkalmazásokhoz, amelyek nagy pontosságot igényelnek. A szokványos melegítési módszerekhez képest a felhasználók a jelentősen több rugalmasság, pontosság és költségmegtakarítás előnyét élvezhetik.
Lézeres hőkezelés VCSEL-lel
A VCSEL lézereket különböző felületek és nyersanyagok hőkezelésére használják. Optimalizálják a folyamatokat mint a szárítás, hegesztés, pecsételés, forrasztás vagy felmelegítés.
Lézeres hőkezelés VCSEL-lel a szárításhoz. hegesztéshez, pecsételéshez és felmelegítéshez
Hogyan működik a hőkezelés VCSEL lézerekkel?
Mikrolézerek (VCSEL) ezrei vannak egyetlen chipre felszerelve. 56 ilyen chip van minden emitterre felszerelve, és több emitter van egy modulba összevonva. A négyszögletes sugárzási felület millió mikrolézert tartalmazhat, és több kW infravörös lézerteljesítményt tud leadni. A VCSEL modulok infravörös-közeli sugárzást generálnak 100 W/cm² besugárzási erősséggel irányított és nagy felületű, négyszögletes sugárkeresztmetszetben. Így pontos, helyi hőkezelés érhető el, kiegészítő drága lézeroptikák vagy szkennerrendszerek nélkül.
Milyen előnyt jelent a helyi lézeres hőkezelés az ipari gyártási folyamatokban?
A diódalézerek (VCSEL) előnyei az ipari hőkezelésnél
A VCSEL lézertechnológia számos előnyt nyújt a hagyományos technológiákkal szemben, mint a reflow kemencék vagy forró rudak felmelegítése, melegen sajtolás vagy zoom optikás lézerek.
A választható hullámhosszak és a helyi kibocsátási területek egy pontos intenzitás- és felületkonfigurációt, valamint kitűnő folyamateredményeket tesznek lehetővé.
Méretezze a modult igényeinek megfelelően: Módosítsa a felszerelt emitterek számát, vagy igazítsa hozzá a burkolatot.
A VCSEL fűtőrendszer besugárzási erőssége 100 W/cm²-rel jelentősen nagyobb, mint az infravörös vagy halogén lámpák teljesítménye.
Illessze a hősűrűséget és a lézersugárzást egyéni gyártási igényeihez a VCSEL emitterek számának kiválasztásával, vagy lencsefunkciók hozzáadásával.
TRUMPF a világon mindenütt nyújt alkalmazástámogatást ügyfelei számára.
Hol kerülnek alkalmazásra a VCSEL lézerek hőkezeléshez?
Számos gyártási és ipari folyamat profitál a VCSEL lézertömbös melegítésből. Ide sorolható a hegesztés, forrasztás, pecsételés és a műanyag-, ötvözet- és acélkomponensek lágyítása a gyártási és szerelési sorokon.
A VCSEL fűtőrendszerek anyagokat illesztenek vagy kapcsolnak össze, műanyagokat hegesztenek és több anyagból álló rétegeket munkálnak meg a szalagfektetéshez. Az eredmény: kitűnő szilárdság és kisebb deformálódás.
A VCSEL fűtőrendszerek által generált hő tömör kapcsolatot hoz létre a különböző felületek között.
A nedves bevonatoló anyagok lézeres hőkezelése hatékonyan felgyorsítja a szárítási folyamatokat.
A VCSEL lézerekkel történő hőkezelés következtében az anyagok például lágyabbak lesznek, vagy nő a kihozatal.
A VCSEL rendszerek helyileg felmelegítik a forrasztandó területeket és korlátozzák a forrasztási időt. Ez jobb minőséghez és magasabb kihozatalhoz vezet.
Fém alkatrészek 3D-nyomtatásánál a VCSEL hőkezelésnek köszönhetően csökkennek a termikus feszültségek. Egy VCSEL rendszer képes műanyagokat olvasztani és így egy alkatrészt létrehozni 3D-nyomtatással.
Hegesztés
A VCSEL fűtőrendszerek sok alkalmazáshoz használhatók. Ide sorolható a műanyag alkatrészek hegesztése, a bútorlap-élek összeillesztése vagy a ragasztószalag felmelegítése a kompozit anyagok gyártásához.
A műanyagok lézeres besugárzással hegeszthetők. Ennél az eljárásnál két hőre lágyuló műanyag egy lézersugár segítségével kerül összeillesztésre. Ez áthatol az alkatrész átlátszó felületi rétegén és felmelegíti az alatta lévő sugárelnyelő részt. Az elnyelő műanyag megolvad és ezzel megolvasztja az átlátszó illesztési területet. A VCSEL fűtőrendszerek a munkadarab alkalmazási területét egyetlen egy menetben képesek egyidejűleg hegeszteni is, és felmelegíteni is.
A VCSEL rendszerek méretreszabott nagyteljesítményű lézermegoldásokat nyújtanak Fiber Placement és szalagfektetési folyamatok számára. Így a VCSEL lézeres hőkezelésnek köszönhetőn a kompozit anyagok skálázhatóan és rugalmasan gyárthatók.
A VCSEL tömbök alkalmasak a bútorlapok ipari gyártásához. Varratmentes él- és felületolvasztást tesznek lehetővé, és ezáltal nagyon jó termékeredmények érhetők el. Egy kompakt és megbízható VCSEL hőkezelési forrás infravörös lézerteljesítményt ad le, ami célzottan és pontosan kontrollálható és mindenekelőtt a gyártási alkalmazások esetén nagy teljesítőképességgel tesz ki magáért.
Pecsételés
A VCSEL technológia nagyon pontos nagy sebességű pecsételéseket tesz lehetővé. Ezáltal például az akkumulátorgyártás jelentősen hatékonyabbá válik.
A VCSEL rendszerek háromszorosára gyorsíthatják a Pouch cellák pecsételését. Ehhez a hegesztéshez szükséges hőt a Pouch fólia belsejébe juttatják, közel a hegesztési tartományhoz. A hőkezelés egy nagyon pontos pecsételést is biztosít. Ezáltal az akkumulátorcellák élettartama meghosszabbodik, mivel meg van akadályozva a redősödés a fóliában. Ez az eljárás növeli a Pouch cellák minőségét és homogenitását.
Szárítás
A VCSEL fűtőrendszerek a változó méretarányos alkalmazások területén bizonyítják be sokoldalúságukat, mint pl. az akkumulátorfóliák szárításánál.
A bevonatolás után az akkumulátorfóliák szárításra kerülnek az esetleges oldószerek eltávolításához az aktív anyagaikból. Az ipari VCSEL rendszerek optimálisak a nagy felületű hőkezelési folyamatok számára, mint amilyen a fóliaszárítás is. Főleg a hőkezelés VCSEL lézertömbökkel nagyon rugalmas, a skálázhatóság és a besugárzási erősség szempontjából is. A nagy felülettartományok a hullámhossz-szelektív infravörös sugárzás extrém precíz, helyi vezérlésével melegíthetők fel.
Melegítés
A VCSEL fűtőrendszerek a felmelegítendő területek pontos kezelésére használhatók bizonyos anyagokhoz, mint az acél és a szilícium lapocskák.
A karosszéria acélkomponenseinek helyi lágyítása az autóiparban arra van predesztinálva, hogy bizonyos területeket célzottan egy hőkezelésnek tegyen ki. Ide sorolhatók például a B-oszlopok. A VCSEL megoldások a nagy szilárdságú acél alkatrészek szelektív lágyításának egy gyors és egyszerű módját nyújtják.
A VCSEL tömbök a szilícium lapocskák homogén felmelegítését teszik lehetővé. A nagyon egyenletes és gyors felmelegítés miatt ideálisak a gyors termikus megmunkáláshoz (Rapid Thermal Processing, RPT) a lapocskák gyártásában. A külön melegítési zónák nagyon pontosan vezérelhetők. A lézerhő nagyon gyors, másodpercenként több száz Celsius fokos hőemelkedéseket tesz lehetővé. A hőprofilokon keresztüli kitűnő helyi vezérlésnek köszönhetően a VCSEL-ek így növelik a lapocskák minőségét.
A VCSEL lézertömbök a napelemek gyártását még hatékonyabbá teszik. A napelemek felületén elhelyezkedő, ezüstrészecskékből álló érintkezők beégetését „firing” eljárásnak nevezzük. A VCSEL rendszerek alkalmazása ehhez a folyamathoz egy sort előnyt nyújt. Gyors beégetésnél lézersugarakkal csak a kellő napelemek melegednek fel, míg a kemence többi területe messzemenően hideg marad. A lézersugarak mint hőforrás növelik az energiahatékonyságot és a költséghatékonyságot. Továbbá kevesebb hely szükséges a kemencének és hosszabbodik az élettartam. A diódalézeres fűtőrendszerek ezen tulajdonságai jelentősen csökkenthetik a gyártási költségeket.
A VCSEL tömbök növelhetik a napelemek hatásfokát. Az ultragyors regenerálás során a monokristályos Si-napelemek nagy teljesítményű VCSEL lézermodulokkal történő besugárzása tartósan megakadályozza a reaktív bór-oxigén kialakulását, méghozzá néhány másodperc alatt. Ez tartósan megnöveli a cella hatékonyságát. Ez a folyamat hatékony és erősen lokalizált is az intenzitás és a célterület szempontjából. Az ultragyors cella regenerálás egy jelentős pluszt ad a nagy teljesítményű napelemek hatékonyságához.
Az ultragyors fényáztatás során a gyártás alatt keletkező energiagátakat a VCSEL fűtőrendszerekkel történő intenzív besugárzás magas hőmérséklete lebontja. Ezáltal csökken a napelem belső ellenállása, és hatékonyabban működik. Tehát a VCSEL rendszerek növelhetik a napelemek hatásfokát.
Forrasztás
A VCSEL lézerek nagyon hatékonyak a nyomtatott áramköri lapok kicsi érintkezési pontjainak forrasztásánál, és szükség esetén nagyobb kimenő teljesítményt nyújtanak, mint a hagyományos technológiák.
LAS esetén a forraszgolyók VCSEL lézeres infravörös hőkezeléssel közvetlenül a nyomtatott áramköri lapokra kerülnek forrasztásra, ami főleg a kisebb golyó- és pitch-forgatókönyvek esetén előnyös. LAS esetén a VCSEL lézerek nagy pontosságú helyi hőkezelést és a legjobb minőségű forrasztásokat biztosítanak. Plusz előnyként a lézeres hőkezelés növeli a nyomtatott áramköri lapok élettartamát.
A LAB eljárás során forraszgolyókat használnak kötőelemként, amikor a flip-chipet a nyomtatott áramköri lapra helyezik. A VCSEL rendszer felülről melegíti fel a chipet, és egy szilícium lapocska által átvitt lézerenergia megolvasztja a forraszgolyókat a chip és a nyomtatott áramköri lap között. Így lehetséges egy több chipet tartalmazó teljes nyomtatott áramköri lap nagyobb területeinek felmelegítése – nagyobb kimenő teljesítménynél, mint más megoldásoknál.
Additív gyártás
A VCSEL tömbök egyedi előnyöket nyújtanak a fémek és műanyagok 3D nyomtatásához.
Ha nagy volumenű fém alkatrészeket kell 3D nyomtatni, a hőgradiensek gyakran negatív hatással vannak a szinterezett alkatrészekre. A feszültségek a VCSEL alapú lézerhővel felülről minimalizálhatók. Mivel a lézerhő jelentősen csökkenti a nyomtatott alkatrészek termikus feszültségeit és deformálódását. Ez az alkatrésznek jobb mechanikai tulajdonságokat biztosít.
Koncentráló optikával felszerelt külön címezhető VCSEL lézerek ezrei használhatók fényforrásként a szelektív lézerszinterezés (SLS) esetén. Ez a csak egy vagy két szkennelő lézerrel dolgozó hagyományos SLS nyomtatókhoz képest hatalmas előnyökkel jár. A speciális VCSEL fűtőrendszereknek köszönhetően nagy felbontás (250 dpi) és páratlan gyártási sebesség kombinációja valósítható meg. Ez kb. 10-szer gyorsabb, mint a legjobb hagyományos műanyag 3D-nyomtatók.
VCSEL fűtőrendszerek akcióban a hőkezeléshez
Tudjon meg többet a VCSEL fűtőrendszerek segítségével végzett lézeres hőkezelés sokoldalú alkalmazási lehetőségeiről és technológiájáról.
A helyi hőkezelés opcióval a kiválasztott felületek közvetlenül besugározhatók. A TruHeat VCSEL rendszerek kibocsátási területei pontosan és egyénileg vezérelhetők.
A VCSEL tömbök esetén az intenzitás profilok külön beállíthatók a kibocsátási területek és a teljesítmény folyamatparaméterek pontos vezérlése érdekében.
Hogyan gyártódnak a TRUMPF VCSEL fűtőrendszerek és hogyan kerülnek ezek alkalmazásra?
Vegye fel velünk a kapcsolatot!
Lépjen kapcsolatba lézeres hőkezelési szakértőinkkel, hogy az Ön specifikus igényeit megtudhassuk és teljesíthessük.
