Laserowa obróbka cieplna za pomocą VCSEL

Tworzywa sztuczne mogą być zgrzewane za pomocą transmisji laserowej. W tym procesie dwa materiały termoplastyczne są łączone za pomocą promieniowania laserowego. Wnika ona w przezroczystą warstwę wierzchnią detalu i ogrzewa część pochłaniającą promieniowanie znajdującą się pod spodem. Absorbujący materiał bazowy z tworzywa sztucznego topi się i w ten sposób zespala przezroczysty obszar łączenia. Systemy grzewcze VCSEL mogą jednocześnie spawać i podgrzewać obszar zastosowania przedmiotu obrabianego w jednym przejściu.

Systemy VCSEL oferują dostosowane do potrzeb klienta rozwiązania laserowe o wysokiej mocy dla procesów Fiber Placement i układania taśm. Dzięki obróbce cieplnej za pomocą laserów VCSEL materiały kompozytowe mogą być wytwarzane w sposób skalowalny i elastyczny.

Matryce VCSEL nadają się do przemysłowej produkcji płyt meblowych. Osiągają one bezproblemowe wtapianie krawędzi i powierzchni, dzięki czemu uzyskuje się bardzo dobre rezultaty produktowe. Kompaktowe i niezawodne źródło obróbki cieplnej VCSEL dostarcza moc lasera podczerwonego, która jest ukierunkowana i precyzyjnie kontrolowana oraz sprawdza się w zastosowaniach produkcyjnych o dużej wydajności.

Systemy VCSEL mogą trzykrotnie przyspieszyć zgrzewanie ogniw kieszeniowych. W tym celu stosują ciepło do wewnętrzego zgrzewania folii kieszeni w pobliżu miejsca zgrzewania. Obróbka cieplna zapewnia również bardzo precyzyjne uszczelnienie. Przedłuża to żywotność ogniw baterii poprzez zapobieganie marszczeniu się folii. Proces ten zwiększa jakość i jednorodność ogniw kieszeniowych.

Po nałożeniu powłoki folie akumulatorowe są suszone, aby usunąć wszelkie rozpuszczalniki z ich materiałów aktywnych. Przemysłowe systemy VCSEL mają optymalne zastosowanie w procesach obróbki cieplnej w przypadku dużych powierzchni, na przykład do suszenia folii. W szczególności obróbka cieplna z wykorzystaniem matryc laserowych VCSEL jest bardzo elastyczna, zarówno pod względem skalowalności, jak i gęstości mocy. Duże powierzchnie mogą być ogrzewane z bardzo dokładnym, lokalnym sterowaniem promieniowaniem podczerwonym o selektywnej długości fali.

Lokalne zmiękczanie elementów stalowych karoserii w przemyśle samochodowym predestynuje do poddawania określonych obszarów ukierunkowanej obróbce cieplnej. Należą do nich na przykład słupki B. Rozwiązania VCSEL oferują szybki i łatwy sposób selektywnego zmiękczania części stalowych o dużej wytrzymałości.

Matryce VCSEL umożliwiają homogeniczne nagrzewanie wafli krzemowych. Ze względu na bardzo równomierne i szybkie nagrzewanie są idealne do szybkiej obróbki termicznej (Rapid Thermal Processing, RPT) w produkcji wafli. Poszczególne strefy grzewcze mogą być bardzo precyzyjnie sterowane. Ciepło lasera umożliwia bardzo szybki wzrost temperatury o kilkaset stopni Celsjusza na sekundę. Dzięki doskonałemu sterowaniu lokalnemu poprzez profile temperaturowe matryce VCSEL zwiększają jakość wafli.

Matryce laserowe VCSEL zwiększają wydajność produkcji ogniw fotowoltaicznych. Wypalanie styków cząstek srebra na powierzchni ogniw fotowoltaicznych określane jest słowem „firing”. Zastosowanie systemów VCSEL w tym procesie daje szereg korzyści. Podczas szybkiego wypalania za pomocą promieni lasera nagrzewane są tylko ogniwa fotowoltaiczne, podczas gdy reszta obszaru pieca pozostaje w dużej mierze zimna. Promienie lasera jako źródło ciepła zwiększają wydajność energetyczną i zmniejszają koszty. Ponadto piec wymaga mniej miejsca, a jego żywotność wydłuża się. Te cechy systemów grzewczych z laserem diodowym mogą znacznie obniżyć koszty produkcji.

Matryce VCSEL mogą zwiększyć sprawność ogniw fotowoltaicznych. Moduły laserowe VCSEL o dużej mocy do napromieniowania monokrystalicznych, krzemowych ogniw fotowoltaicznych w sposób trwały zapobiegają reaktywnemu tworzeniu się tlenu borowego podczas ultraszybkiej regeneracji w ciągu kilku sekund. Wynikiem jest znacznie zwiększona wydajność ogniw. Proces ten jest zarówno wydajny, jak i wysoce ukierunkowany pod względem intensywności i zasięgu docelowego. Ultrafast Cell Regeneration zapewnia znaczną korzyść w przypadku wydajności wysokowydajnych ogniw fotowoltaicznych.

W ultraszybkim Light Soaking bariery energetyczne są przełamywane podczas produkcji przez intensywne promieniowanie i wysokie temperatury generowane przez systemy grzewcze VCSEL. Proces ten obniża rezystancję wewnętrzną ogniwa fotowoltaicznego i sprawia, że działa ono bardziej efektywnie. W rezultacie systemy VCSEL mogą zwiększyć wydajność ogniw fotowoltaicznych.

W przypadku LAS kulki lutownicze są lutowane bezpośrednio na płytkach obwodu drukowanego przy użyciu obróbki cieplnej laserem VCSEL w podczerwieni, co jest szczególnie korzystne w przypadku scenariuszy z mniejszymi kulkami i skokiem. W przypadku LAS lasery VCSEL zapewniają wysoką precyzję lokalnej obróbki cieplnej i najwyższą jakość miejsc lutowania. Dodatkową korzyścią jest to, że laserowa obróbka cieplna zwiększa żywotność płytek obwodu drukowanego.

W procesie LAB wykorzystuje się układ scalony typu flip-chip na płytce obwodu drukowanego oraz kulki lutownicze jako połączenia. System VCSEL podgrzewa chip od góry, a energia lasera przekazywana przez płytkę krzemową topi kulki lutownicze pomiędzy układem a płytką obwodu drukowanego. Umożliwia to nagrzewanie większych obszarów kompletnej płytki obwodu drukowanego z kilkoma chipami – przy wyższej mocy wyjściowej niż w przypadku innych rozwiązań.

Podczas drukowania 3D części metalowych o dużej objętości gradienty termiczne często mają negatywny wpływ na spiekane części. Naprężenia mogą być zminimalizowane od góry przez ciepło lasera opartego na VCSEL. Dzieje się tak dlatego, że ciepło lasera znacznie zmniejsza naprężenia termiczne i odkształcenia na drukowanym detalu. Zapewnia to poprawę właściwości mechanicznych elementu.