Molti processi industriali impiegano il laser VCSEL come utensile per il riscaldamento di superfici. Come sorgente di calore a infrarossi ad alta intensità, il trattamento termico con laser a diodi diretto con precisione e con radiazione a lunghezza d'onda selettiva è scalabile e a elevata efficienza energetica. Le matrici laser VCSEL supportano l'asciugatura, la saldatura, la sigillatura, la brasatura e il riscaldamento. Offrono molti vantaggi anche nella produzione additiva di componenti di plastica, lega e acciaio. La radiazione in banda stretta si presta perfettamente alla saldatura di materie plastiche o alla fusione laser di superfici. In pratica sono destinate a tutti quei processi in cui è essenziale un controllo preciso della superficie e della temperatura. I sistemi di riscaldamento VCSEL, inoltre, supportano la misurazione della temperatura durante il trattamento termico con telecamere a infrarossi o pirometri. I moduli di trattamento termico laser si prestano perfettamente alle applicazioni flessibili di riscaldamento su ampie superfici che richiedono un'elevata precisione. Rispetto ai metodi di riscaldamento tradizionali, gli utenti godono di una flessibilità, precisione e risparmio sui costi nettamente superiori.
Trattamento termico laser con VCSEL
I laser VCSEL vengono utilizzati per il trattamento termico di diverse superfici e materiali fisici. Ottimizzano processi quali l'asciugatura, la saldatura, la sigillatura, la brasatura o il riscaldamento.
Trattamento termico laser VCSEL per asciugatura, saldatura, sigillatura e riscaldamento
Come funziona il trattamento termico con i laser VCSEL?
Centinaia di microlaser (VCSEL) sono montati su un unico chip. Di questi chip, 56 vengono applicati su ogni emettitore e più emettitori vengono combinati su un modulo. La superficie radiante rettangolare può contenere milioni di microlaser ed erogare una potenza laser a infrarossi di più kW. I moduli VCSEL generano una radiazione nel vicino infrarosso con una densità di energia pari a 100 W/cm² in una sezione trasversale rettangolare del raggio direzionale di ampia superficie. Così si ottiene un trattamento termico preciso e locale senza altri costosi sistemi di tastaggio o unità ottiche del laser.
Qual è il contributo del trattamento termico laser nei processi di produzione industriali?
Vantaggi dei laser a diodi (VCSEL) per il trattamento termico industriale
La tecnologia laser VCSEL offre molti vantaggi rispetto alle tecnologie tradizionali, tra cui il riscaldamento con saldatura per rifusione e barre calde, lo stampaggio a caldo o i laser con sistema ottico zoom.
Le lunghezze d'onda selezionabili e le zone di emissione locali permettono di configurare l'intensità e le superfici, oltre a garantire dei processi dai risultati eccezionali.
Configurate le dimensioni dei moduli in base alle vostre esigenze: modificate il numero degli emettitori montati o adattate l'alloggiamento.
La densità di energia del sistema di riscaldamento VCSEL è pari a 100 W/cm², una potenza nettamente superiore rispetto a quella delle lampade a infrarossi o alogene.
Adattate la densità termica e la radiazione laser alle singole esigenze di produzione selezionando il numero degli emettitori VCSEL o aggiungendo funzioni delle lenti.
TRUMPF offre a livello mondiale assistenza per le applicazioni ai clienti.
Dove trovano applicazione i laser VCSEL per il trattamento termico?
Il riscaldamento tramite matrici laser VCSEL è applicato in molti processi di produzione e industriali, tra cui la saldatura, la brasatura, la sigillatura e l'addolcimento di componenti di plastica, lega e acciaio nelle linee di produzione e di montaggio.
I sistemi di riscaldamento VCSEL giuntano o collegano materiali fisici, saldano materie plastiche e lavorano strati di più materiali per la posa del nastro. Il risultato: una resistenza ottima e una deformazione minima.
Il calore generato dai sistemi di riscaldamento VCSEL crea una giunzione a tenuta di diverse superfici.
Il trattamento termico laser di materiali di rivestimento umidi accelera in modo efficace i processi di asciugatura.
Il trattamento termico con i laser VCSEL può ad esempio ammorbidire i materiali o aumentare la quantità di materiale lavorato.
I sistemi VCSEL riscaldano le aree da brasare in modo locale e limitano la durata della brasatura, migliorando la qualità e aumentando la quantità di materiale lavorato.
La stampa 3D di componenti metallici riduce le tensioni termiche grazie al trattamento termico VCSEL. Un sistema VCSEL può fondere anche le materie plastiche, generando così un componente in stampa 3D.
Saldatura
I sistemi di riscaldamento VCSEL sono utilizzabili per molte applicazioni, tra cui la saldatura di pezzi di plastica, la giunzione dei bordi dei pannelli per mobili o il riscaldamento del nastro adesivo per la realizzazione di materiali compositi.
Le materie plastiche possono essere saldate mediante radiazione penetrante laser. Per saldare due materie termoplastiche questa procedura ricorre a una radiazione laser che penetra nello strato superficiale trasparente del componente e riscalda la parte che assorbe le radiazioni collocata al di sotto, così la materia plastica di base assorbente si scioglie fondendosi all'area di giunzione trasparente. I sistemi di riscaldamento VCSEL possono saldare e riscaldare contemporaneamente in un unico passaggio il campo di applicazione del pezzo in lavorazione.
I sistemi VCSEL offrono delle soluzioni laser su misura a elevata efficienza per i processi di collocazione delle fibre e di posa dei nastri. Sono realizzabili in modo scalabile e flessibile grazie al trattamento termico con laser VCSEL e materiali compositi.
Le matrici VCSEL sono adatte alla produzione industriale di pannelli per mobili. Ottengono una fusione di bordi e superfici senza giunti di saldatura, realizzando dei prodotti dai risultati ottimali. Una sorgente compatta e affidabile di trattamento termico VCSEL fornisce una potenza laser a infrarossi controllabile in modo mirato e preciso, che vanta soprattutto un'elevata quantità di materiale lavorato nelle applicazioni di produzione.
Sigillatura
La tecnologia VCSEL permette di realizzare saldature ad alta velocità molto precise, agevolando notevolmente ad esempio la produzione di batterie.
I sistemi VCSEL possono accelerare la sigillatura di celle pouch fino a triplicarla applicando il calore per la saldatura all'interno della lamina pouch, vicino all'area di saldatura. Il trattamento termico fornisce anche una sigillatura molto precisa, che estende la durata utile delle celle di batterie prevenendo la formazione di grinze nella lamina. Questa procedura aumenta la qualità e l'omogeneità delle celle pouch.
Asciugatura
I sistemi di riscaldamento VCSEL si dimostrano versatili nelle applicazioni con scala variabile, come ad es. l'asciugatura di lamine di batterie.
Dopo essere state rivestite, le lamine per batteria vengono asciugate per eliminare eventuali solventi dai loro materiali attivi. I sistemi VCSEL industriali si prestano alla perfezione ai processi di trattamento termico su ampie superfici come l'asciugatura di lamine. In particolare, il trattamento termico con matrici laser VCSEL risulta molto flessibile sia in termini di scalabilità sia di densità di energia. Ampie aree superficiali sono riscaldabili con un controllo locale di alta precisione dell'irradiazione di raggi infrarossi con lunghezza d'onda selettiva.
Riscaldamento
I sistemi di riscaldamento VCSEL sono utilizzabili per il trattamento preciso di aree da riscaldare per determinati materiali, come acciaio e wafer di silicio.
L'addolcimento locale di pezzi in acciaio di carrozzerie nell'industria automobilistica è destinato a sottoporre determinate aree in modo mirato a un trattamento termico, ad esempio i montanti centrali. Le soluzioni VCSEL offrono un modo semplice e rapido per l'addolcimento selettivo di pezzi in acciaio ad alta resistenza.
Le matrici VCSEL permettono di riscaldare in modo omogeneo i wafer di silicio. Questo riscaldamento molto omogeneo e veloce le rende ideali per il trattamento termico rapido (rapid thermal processing, RPT) nella produzione di wafer. Singole zone di riscaldamento sono controllabili con molta precisione. Il calore laser rende possibili degli aumenti di temperatura molto veloci di diverse centinaia di gradi Celsius al secondo. I VCSEL migliorano così la qualità dei wafer grazie al controllo locale straordinario tramite profili di temperatura.
Le matrici laser VCSEL migliorano l'efficienza nella produzione di celle solari. L'impressione dei contatti in particelle di argento sulla superficie delle celle solari è chiamata "firing". Utilizzare sistemi VCSEL per questo processo offre una serie di vantaggi. La rapida impressione con raggi laser riscalda solo le celle solari, mantenendo prevalentemente fredda l'area restante del forno. I raggi laser come sorgente di calore aumentano l'efficienza energetica e l'economicità, oltre a ridurre lo spazio necessario per il forno e a prolungare la durata utile. Queste caratteristiche dei sistemi di riscaldamento a laser a diodi possono diminuire notevolmente i costi di produzione.
Le matrici VCSEL possono aumentare il rendimento delle celle solari. I moduli laser VCSEL ad alta prestazione per l'esposizione di celle solari di silicio monocristallino impediscono permanentemente la formazione di boro-ossigeno reattivo nel giro di pochi secondi durante la rigenerazione ultraveloce. Il risultato: un rendimento nettamente superiore delle celle. Questo processo è tanto efficiente quanto altamente localizzato in termini di intensità e area di destinazione. Ultrafast Cell Regeneration aumenta notevolmente l'efficienza delle celle solari ad alto rendimento.
Con il Light Soaking ultraveloce, la radiazione intensiva e le alte temperature create dai sistemi di riscaldamento VCSEL permettono di abbattere le barriere energetiche generate durante la produzione. Questo processo diminuisce la resistenza interna della cella solare, facendola lavorare con maggiore efficienza. Di conseguenza i sistemi VCSEL possono aumenta il rendimento delle celle solari.
Brasatura
I laser VCSEL sono molto efficaci nella brasatura di piccoli punti di contatto su circuiti stampati, erogando all'occorrenza una potenza di uscita superiore alle tecnologie tradizionali.
Il LAS brasa le sfere di saldatura direttamente sui circuiti stampati per mezzo del trattamento termico a infrarossi laser VCSEL, un vantaggio in particolare nel caso di sfere e pitch di dimensioni minori. Durante il LAS i laser VCSEL garantiscono un trattamento termico locale di alta precisione e la massima qualità dei punti saldati. Un ulteriore vantaggio del trattamento termico laser è una durata utile maggiore dei circuiti stampati.
Il processo LAB utilizza un flip chip su un circuito stampato e sfere di saldatura come collegamenti. Il sistema VCSEL riscalda il chip dall'alto, mentre l'energia laser trasmessa da una piastrina di silicio fonde le sfere di saldatura attraverso il chip e il circuito stampato, permettendo di riscaldare aree maggiori di un circuito stampato completo con più chip – a una potenza di uscita superiore rispetto ad altre soluzioni.
Produzione additiva
Le matrici VCSEL offrono vantaggi unici per la stampa 3D di metalli e materie plastiche.
Durante la stampa 3D di pezzi di metallo di ampio volume, i gradienti termici hanno spesso ripercussioni negative sui pezzi sinterizzati. Il calore laser generato da VCSEL dall'alto può portare al minimo le tensioni in quanto riduce notevolmente le tensioni termiche e la deformazione sul pezzo stampato, migliorando così le proprietà meccaniche del componente.
Centinaia di laser VCSEL indirizzabili singolarmente con sistemi ottici a concentrazione sono utilizzabili come sorgente di luce per la sinterizzazione selettiva con laser (SLS). Sono enormi i vantaggi rispetto alle tradizionali stampanti SLS che lavorano solo con uno o due laser di scansione. Grazie agli speciali sistemi di riscaldamento VCSEL si può raggiungere un'elevata risoluzione (250 dpi) in combinazione a una velocità di produzione senza pari, all'incirca 10 volte di più rispetto alle migliori stampanti 3D di materie plastiche tradizionali.
Sistemi di riscaldamento VCSEL per il trattamento termico in azione
Scoprite di più sulle svariate possibilità di impiego e sulla tecnologia del trattamento termico laser con sistemi di riscaldamento VCSEL.
Le superfici selezionate possono essere esposte direttamente grazie all'opzione del trattamento termico locale. Le zone di emissione dei sistemi TruHeat VCSEL possono essere controllate in maniera precisa e personalizzata.
Le matrici VCSEL permettono di adattare singolarmente i profili di intensità per controllare in modo preciso le zone di emissione e i parametri dei processi operativi.
Come vengono realizzati i sistemi di riscaldamento VCSEL TRUMPF e come vengono impiegati?
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