V mnohých priemyselných procesoch sa používajú lasery VCSEL ako nástroj na ohrev povrchu materiálu. Presne smerované tepelné spracovanie diódovým laserom so selektívnym žiarením s vlnovými dĺžkami je ako infračervený zdroj tepla s vysokou intenzitou nastaviteľné ale aj energeticky efektívne. VCSEL Laserarray podporujú sušenie, zváranie, uzatváranie fólií, spájkovanie a ohrev. Vykazujú mnoho výhod aj pri aditívnom spôsobe výroby plastových, zliatinových a oceľových komponentov. Úzkopásmové žiarenie je vhodné takisto na zváranie plastov alebo na tavenie povrchov laserom. V podstate sú predurčené na všetky procesy, pri ktorých sa vyžaduje presná kontrola plochy a teploty. Systémy ohrevu VCSEL okrem toho umožňujú meranie teploty počas tepelného spracovania pomocou infračervených kamier alebo pyrometrov. Moduly tepelných úprav laserom sú vhodné najmä na flexibilné veľkoplošné aplikácie ohrevu, ktoré si vyžadujú veľmi vysokú presnosť. V porovnaní s bežnými metódami ohrevu profitujú užívatelia z výrazne väčšej flexibility, presnosti a z úspory nákladov.
Tepelné spracovanie laserom s VCSEL
Lasery VCSEL sa využívajú na tepelné spracovanie rôznych povrchov a materiálov. Optimalizujú procesy ako napr. sušenie, zváranie, uzatváranie fólií, spájkovanie alebo ohrev.
Tepelné spracovanie laserom VCSEL na sušenie, zváranie, uzatváranie fólií a ohrev
Ako funguje tepelné spracovanie pomocou laserov VCSEL?
Na jednom jedinom čipe sú namontované tisíce mikrolaserov (VCSEL). Na každom žiariči (emitor) je osadených 56 týchto čipov, na jednom module je umiestnených viacero emitorov. Obdĺžniková plocha žiarenia môže obsahovať milióny mikrolaserov a odovzdávať niekoľko kW infračerveného laserového výkonu. Moduly VCSEL vytvárajú takmer infračervené žiarenie so intenzitou ožiarenia 100 W/cm² v nasmerovanom, veľkoplošnom obdĺžnikovom priereze lúča. Takto je možné dosiahnuť presné, lokálne tepelné spracovanie bez ďalších drahých laserových optík alebo skenerových systémov.
Akým prínosom je lokálne tepelné spracovanie laserom v priemyselných výrobných procesoch?
Výhody diódových laserov (VCSEL) pri priemyselnom tepelnom spracovaní
Laserová technológia VCSEL poskytuje množstvo výhod v porovnaní s bežnými technológiami akými je ohrev s pretavovacími pecami a horúcimi tyčami, lisovaním za tepla alebo lasermi so zväčšovacou optikou.
Voliteľné vlnové dĺžky a lokálne emisné zóny umožňujú presné nastavenie intenzity a plochy ako aj dosahovanie vynikajúcich výsledkov procesu.
Prispôsobte veľkosť modulu podľa Vašich potrieb: Zmeňte počet inštalovaných emitorov alebo upravte schránku.
Hustota výkonu systému ohrevu VCSEL je pri 100 W/cm² výrazne vyššia ako výkon infračervených alebo halogénových lámp.
Prispôsobte hustotu tepla a laserové žiarenie individuálnym potrebám výroby tým, že zvolíte počet emitorov VCSEL alebo pridáte funkcie šošovky.
TRUMPF poskytuje zákazníkom aplikačnú podporu po celom svete.
Kde sa používajú na tepelné spracovanie lasery VCSEL?
Ohrev laserovými poľami VCSEL sa úspešne využíva v mnohých procesoch výroby a priemyslu. Patrí k nim zváranie, spájkovanie, uzatváranie fólií a odstránenie spevnenia plastových, zliatinových a oceľových komponentov vo výrobných a montážnych linkách.
Systémy ohrevu VCSEL pripájajú alebo vzájomne spájajú materiály, zvárajú plasty a obrábajú vrstvy viacerých matriálov pri ukladaní pásov. Výsledok: vynikajúca pevnosť a minimálne deformácie.
Teplo vygenerované sytémami ohrevu VCSEL vytvára tesné spoje rôznych povrchov.
Tepelné spracovanie laserom mokrých materiálov povrchových vrstiev efektívne urýchľuje procesy sušenia.
Pri tepelnom spracovaní pomocou laserov VCSEL napríklad dôjde k zmäkčeniu materiálu alebo sa zvýši priepustnosť.
Systémy VCSEL lokálne ohrievajú spájkované miesta a skracujú doby spájkovania. Výsledkom je vyššia kvalita a väčšie výrobné dávky.
Pri 3D tlači kovových obrobkov sa vďaka tepelnému spracovaniu VCSEL zníži tepelné namáhanie. Systém VCSEL dokáže nataviť aj plasty a tak vytvoriť 3D tlačou obrobok z plastu.
Zváranie
Systémy ohrevu VCSEL je možné využívať v mnohých aplikáciách. Patrí k tomu zváranie plastových komponentov, spájanie hrán nábytkových dosiek alebo nahrievanie lepiacej pásky pri výrobe kompozitných materiálov.
Plasty je možné vzájomne zvárať prežiarením laserom. Pri tomto procese sa spájajú dva termoplastické plasty pomocou laserového lúča. Ten preniká cez transparentnú povrchovú vrstvu obrobku a nahrieva pod ňou sa nachádzajúci dielec absorbujúci žiarenie. Absorbujúci plastový základný materiál sa natavuje a tým spojí transparentnú oblasť spoja. Systémy ohrevu VCSEL dokážu súčasne zvárať a ohrievať aplikačnú oblasť obrobku v jednom jedinom procese.
Systémy VCSEL ponúkajú riešenia ušité na mieru pre ukladanie vláken a procesy uchytávania pásky. Vďaka tepelnému spracovaniu je tak možné pomocou laserov VCSEL škálovateľne a flexibilne vyrábať kompozitné materiály.
Polia VCSEL Array sú vhodné na priemyselnú výrobu nábytkových dosiek. Vytvoríte natavenie hrán a povrchov bez švov, čím dosiahnete veľmi dobré vlastnosti produktu. Kompaktný a spoľahlivý zdroj tepelného spracovania VCSEL poskytuje infračervený laserový výkon, ktorý je cielený a presne kontrolovateľný a vyniká najmä pri výrobných aplikáciách s vysokými výrobnými dávkami.
Uzatváranie fólií
Technológia VCSEL umožňuje vysoko presné a veľmi rýchle uzatváranie fólií. Vďaka tomu je napríklad výrazne efektívnejšia výroba batérií.
Systémy VCSEL dokážu trojnásobne zrýchliť uzatváranie fólií puzdrových článkov (pouch). Pritom ohrievajú vnútro puzdrových fólií (pouch) v blízkosti miesta zvárania, aby ju zvarili. Tepelným spracovaním sa dosiahne aj veľmi presné uzatváranie fólií. Predĺži sa tým životnosť článkov batérie, pretože sa zabráni tvorbe záhybov vo fólii. Tento proces zvyšuje kvalitu a homogenitu puzdrových článkov (pouch).
Sušenie
Systémy ohrevu VCSEL sa ukazujú ako všestranné v aplikáciách s variabilným rozsahom ako napr. pri sušenífólií batérií.
Po povrchovej úprave sa fólie batérie vysušia, aby sa odstránili prípadné rozpúšťadlá z ich aktívnych materiálov. Priemyselné systémy VCSEL sú optimálne na veľkoplošné procesy tepelného spracovania, akým je aj sušenie fólie. Veľmi flexibilné je najmä tepelné spracovanie pomocou laserových polí VCSEL, tak z hľadiska škálovateľnosti ako aj hustoty výkonu. Veľké oblasti povrchov je možné ohrievať vysoko presným, lokálnym riadením infračerveného žiarenia určeného pre vlnové dĺžky.
Ohrev
Systémy ohrevu VCSEL je možné používať na presné opracovanie oblastí, ktoré sa majú ohrievať pri určitých materiáloch akými je oceľ a kremíkové doštičky.
Lokálne odstránenie spevnenia oceľových častí karosérie v automobilovom priemysle sa využíva na cielené tepelné spracovanie určitých miest karosérie. Okrem iného napríklad B-stĺpiky. Riešenia VCSEL ponúkajú rýchlu a jednoduchú cestu cieleného odstránenia spevnenia vysoko pevných oceľových dielcov.
Polia VCSEL Array umožňujú homogénny ohrev kremíkových doštičiek. Vďaka veľmi rovnomernému a rýchlemu ohrevu sú ideálne na rýchle tepelné úpray (Rapid Thermal Processing, RPT) pri výrobe doštičiek. Jednotlivé ohrievané zóny je možné veľmi presne ovládať. Laserové teplo umožňuje veľmi rýchle zvýšenie teploty v hodnotách niekoľkých stoviek stupňov Celzia za sekundu. Vďaka vynikajúcej možnosti lokálneho ovládania pomocou teplotných profilov tak zvyšujú VCSEL kvalitu doštičiek.
Vďaka poliam VCSEL Laserarray je výroba solárnych článkov efektívnejšia. Napálenie kontaktov zo striebra na povrch solárnych článkov sa označuje ako "firing". Použitie systémov VCSEL na tento proces ponúka celý rad výhod. Pri rýchlom napaľovaní pomocou laserových lúčov sa nahrejú len solárne články, zatiaľ čo ostatný priestor pece ostáva do značnej miery chladný. Laserové lúče ako zdroj tepla zvyšujú energetickú efektivitu a efektivitu nákladov. Okrem toho postačuje pre pec menší priestor a predlžuje sa životnosť. Tieto vlastnosti systémov ohrevu diódovými lasermi môžu výrazne znížiť výrobné náklady.
Polia VCSEL Array môžu zvýšiť účinnosť solárnych článkov. Vysoko výkonné laserové moduly VCSEL na ožiarenie monokryštalických kremíkových solárnych článkov trvalo zabraňujú reaktívnej tvorbe oxidov bóru pri ultra rýchlej regenerácii v priebehu niekoľkých sekúnd. Výsledok: výrazne vyššia účinnosť článkov. Tento proces je efektívny ale aj veľmi dobre lokalizovaný vo vzťahu k intenzite a cieľovej oblasti. Ultrafast Cell Regeneration prináša výrazné zvýšenie efektivity vysoko výkonných solárnych článkov.
Pri ultra rýchlom nasýtení svetlom (Light Soaking) sa pomocou intenzívneho žiarenia a vysokých teplôt, ktoré vytvárajú systémy ohrevu VCSEL, odbúravajú energetické bariéry vznikajúce počas výroby. Tento proces znižuje vnútorný odpor solárneho článku a umožňuje mu pracovať efektívnejšie. Systémy VCSEL môžu následne zvýšiť účinnosť solárnych článkov.
Spájkovanie
Lasery VCSEL sú vysoko efektívne pri spájkovaní malých kontaktných bodov na doskách plošných spojov a v prípade potreby poskytujú vyšší výstupný výkon ako bežné technológie.
Pri systéme LAS sa guľôčky spájky pomocou laserového infračerveného tepelného spracovania VCSEL spájkujú priamo na dosky plošných spojov, čo je výhodou najmä pri menších scenároch s guľôčkami a rozstupmi. Lasery VCSEL zaručujú pri LAS vysoko presné lokálne tepelné spracovanie a najvyššiu kvalitu spájkovaných miest. Ďalšou výhodou tepelného spracovania laserom je zvýšenie životnosti dosiek plošných spojov.
Proces LAB využíva jeden flip chip na doske plošných spojov a guľôčky spájky ako spoje. Systém VCSEL zahrieva čip zhora, laserová energia prenášaná kremíkovou doštičkou natavuje guľôčky spájky medzi čipom a doskou plošných spojov. Vďaka tomu je možný viacerými čipmi ohrev väčších plôch celej dosky plošných spojov – pri vyššom výstupnom výkone v porovnaní s inými riešeniami.
Aditívny spôsob výroby (3D tlač)
Polia VCSEL Array poskytujú jedinečné výhody pri 3D tlači kovov a plastov.
Pri 3D tlači veľkoobjemových kovových dielcov často pôsobia teplotné gradienty na spekané dielce negatívne. Napätia je možné minimalizovať zhora pomocou laserového tepla na báze VCSEL. Pretože laserové teplo výrazne znižuje tepelné napätia a deformácie v tlačených dielcoch. Prispieva to k lepším mechanickým vlastnostiam obrobku.
Tisíce samomstatne ovládateľných laserov VCSEL so sústredenými optikami je možné použiť ako zdroj svetla pre selektívne spekanie laserom (SLS). Prináša to množstvo výhod v porovnaní s bežnými tlačiarňami SLS, ktoré pracujú len s jedným alebo dvoma skenerovými lasermi. Vďaka špeciálnym systémom ohrevu VCSEL je možné dosiahnuť vysoké rozlíšenie (250 dpi) v kombinácii s bezkonkurenčnou rýchlosťou produkcie. Tá je asi 10-krát rýhclejšia v porovnaní s najlepšími bežnými strojmi na 3D tlač plastov.
Systémy ohrevu VCSEL na tepelné spracovanie v činnosti
Zistite viac o rôznych možnostiach využitia a o technológii tepelných úprav laserom pomocou systémov ohrevu VCSEL.
Pomocou doplnkovej výbavy - lokálnej tepelnej úpravy - je možné priamo ožarovať zvolené plochy. Ovládanie emisných zón systémov TruHeat VCSEL je veľmi presné a individuálne.
V prípade polí VCSEL Array je možné individuálne nastaviť profily intenzity, aby tak bolo možné presne ovládať emisné zóny a výkonové parametre rocesu.
Ako sa vyrábajú systémy ohrevu TRUMPF VCSEL a ako sa používajú?
Kontaktujte nás!
Skontaktujte sa s našimi špecialistami v oblasti tepelného spracovania laserom, aby ste spoločne preskúmali a vyriešili Vaše špecifické potreby.
