Свестраност наносекундних (нс) импулса са инфрацрвеним влакнима је добро позната и идеална су за већину индустријских апликација за маркирање и гравирање. Обично када је импулзна енергија мања од неколико милијула, а просечна снага не прелази 100В, ефикасна је у режимима високе фреквенције понављања импулса, континуалног таласног (ЦВ) и квази-континуиране таласне модулације (КЦВ). Недавно су почели да се користе у разним микротехничним и ласерским текстурама површина, па чак и на даљинским апликацијама за микрорезање. Већина ових апликација укључује уклањање материјала.
За кориснике су предности ласера очите, као што су ласерски извори са више задатака и компактни интегрисани облици који се често хладе ваздухом да би се постигла бешавна интеграција. Глобално, индустрије попут потрошачке електронике, складиштења енергије и медицинске опреме морају да додају више функција мањим и мањим количинама и амбалажи велике густине. Због тога је потребна ефикаснија технологија производње која ће помоћи да ови производи постану стварност. Овај чланак ће се фокусирати на технологију ласерског заваривања. Због тога, ова технологија производње коју остварују индустријски ласери (наносекундни инфрацрвени влакни) може да обезбеди потребну високу поновљивост, тачност и капацитет производње, као и ниску цену, тако да може да задовољи потребе тржишта.
Према различитим областима примене, различити типови ласера имају различите предности, укључујући импулсе ИАГ ласере, дискове, влакнасте (ЦВ и КЦВ) ласере, па чак и диодне ласере. До сада су наносекундни импулсни ласери коришћени само у неколико врхунских примена, али ситуација се мења, а наносекундни влакнасти ласери недавно су почели да се примењују на материјалне везе.
СПИ је пионир у увођењу појачавача снаге мастер контролираног осцилатора (МОПА) у ласере са наносекундним влакнима, а ово се такође показало као врло свестран алат јер може да контролише и подешава пулс у складу са захтевима апликације. параметар. То се углавном постиже променом трајања пулса и фреквенције пулса. Такође се могу прелазити између импулса и континуираног таласног режима, што је такође веома важна карактеристика због њихове доступности у низу извора светлости различитих квалитета снопа, тако да се могу добити различити алати према тренутном задатку. У опсегу просечне снаге и вршне снаге, овај ласер се може модулисати у милисекундном распону како би био погодан за апликације које захтевају милисекундне импулсе са ниском просечном снагом.
Заваривање пластике
Узмите за пример заваривање пластике. У неким апликацијама које захтевају високу прецизност, као што су микрофлуидни уређаји, употреба ласера са влакнима добит ће више предности у односу на друге ласерске изворе. Понекад ће расподјела енергије на тачки имати утицаја. На пример, у сложеном медицинском уређају прозирни полимер је заварен на црни полимер, а ласерски сноп од 40 В постављен је на ЦВ начин рада (слика 1). ГГ куот; Омогућава ми да контролишем величину тачке, дистрибуцију енергије и дубину поља по потреби. ГГ куот; коментарисао је Јое Ловотти, директор ласерске технологије у компанији Окаи Индустриес (Нова Британија, Цоннецтицут).
Слика 1: Заваривање пластичних ињекцијских шприцева с 40 В ХС-Х ласером.
Заваривање жица
У погледу заваривања метала, апликације за микро-повезивање у индустрији медицинских производа постају све чешћи, што је изазов чак и најбољим инжењерима примене. Спајање танких металних жица је управо такав пример, а ЦВ влакнасти ласери се широко користе у овој области. Међутим, како метална жица постаје тања, проблеми у вези са уносом топлоте постају још тежи. При заваривању 50μЗавојна жица пречника м, користећи 20 В, М2 ГГ лт 1.6 1.6 ласер за постизање концентрованог фокуса, донијет ће добре резултате. Изазов је сузбити вршну снагу импулса радећи ласер са већом брзином понављања, стварајући више импулса са ГГ <0,1мј и="" квази="" непрекидну="" таласну="" модулацију="" (кцв)="" са="" фреквенцијом="" већом="" од="" 250кхз,="" што="" је="" у="" коначници="" анализа="" је="" креирање="" низа="" кратких="">
Неке апликације морају да споје спољни поклопац или плетеницу на жицу (слика 2). Открили смо да у овом случају импулс са већом расподјелом енергије може постићи бољу могућност влажења између двије компоненте. У овом примеру кориштени ласер од 40 В, М2=3 има већу тачку и нешто већу енергију импулса (већу од 1,25мЈ), што може помоћи премостити јаз.
Слика 2: Коришћење 250 кХз, 2ЕПВ З ласер за заваривање металних жица (а и б) пречника 50 μм,
За заваривање термоелемента (ц) користи се ласер од 20 В ЕП-З, а ласер за 40ВХС-Х користи се за заваривање плетенице ид жица (д).
С друге стране, коришћењем једно-модерског ласера са 20 В и М2 ГГ лт 1,3, може се постићи изузетно велика тачност. Пример је заваривање ситних различитих металних жица пречника 12μм и успешно их заваривамо како би формирали термоелемент. Да би се постигао жељени ефекат у овој апликацији, сустави за одабир јига и вида су подједнако важни као и ласери.
Примена коситраног лемљења
За лемљење коситра обично се користе ЦВ или ласери са директном диодом, али у апликацијама где је унос топлоте критичан, могу се узети у обзир импулсни ласери. Коришћењем дугачких импулса при високим стопама понављања, може се побољшати ефикасност коришћења енергије и смањити ризик од термичких оштећења. Коришћењем система преноса снопа снопа, енергија ласера се може таложити на већој циљној површини, тако да ће се паста за лемљење злата / коситра у овом примеру растопити само на месту контакта (слика 3).
Слика 3: Лемљење са 500 кХз, 40В ХС-Х ласером.
Заваривање и спајање метала
Коришћење наносекундних импулса ласера за заваривање метала захтева пажљиво подешавање параметара импулса и поставки процеса да би се заиста постигла добра веза. Уосталом, ове врсте импулса углавном се користе за уклањање материјала, а не за топљење и поновно солидификацију. Оптимизацијом импулса може се добити максимална вршна снага и енергија пулса, али ове карактеристике се могу модификовати употребом истих на већим фреквенцијама. То смањује вршну снагу и чини излаз ближи КЦВ стробо пулсу уз одржавање просечне снаге.
На тој вишој фреквенцији ефекат импулса на материјалу се мења од аблације до ближе топљењу. Ефекат је изванредан. У доњем примеру можемо видети употребу 70В ласера за наношење прстена пречника 6 мм на танку плочу од нехрђајућег челика. Коришћењем импулса од 250 нм, 1мЈ на 70кХз, резултат је изузетно груб и високо оксидисан. Задржите све параметре непромењеним, само повећајте фреквенцију пулса, приметићете значајно побољшање. Ако удвостручите фреквенцију на 140 кХз и преполовите енергију пулса на 0,5мЈ, види се да се храпавост и оксидација знатно побољшавају. Повећавањем фреквенције на 500кХз и смањењем пулсне енергије на испод 0,15мЈ, светлији Заваривачки шав чак и не треба заштитни гас. Коришћењем ове технике могуће је постићи 250μм заваривање (слика 4).
Слика 4: Заваривање на плочи на плочи остварено импулсима од 250нс на различитим фреквенцијама.
Употребом технологије брисања за ширење заваривања и побољшање продора заваривања (што утиче на брзину заваривања) облик завара се може додатно побољшати.
Испитивање је изведено на завару између нехрђајућег челика и нехрђајућег челика, а смицарска чврстоћа два 1 мм завара у комплетном заваривању од 0,5 мм премашила је 224 килограма. У тесту пилинга од 180 степени изведеном на линеарном заваривању дужине 5 мм и ширине 1 мм, компонента је добила 241 килограма (слика 5).
Слика 5: Завар (а) од нехрђајућег челика и његов тест за љуштење (б) микроскопска слика произведена ЕП-З ласером од 70 В.
У ствари, ова технологија се може применити на разне друге метале, попут челика, алуминијума, па чак и бакра. Када се ова технологија користи за повезивање високо рефлективних материјала, пулс треба прилагодити тако да обезбеди довољно енергије пулса да се упари у материјал. Тачно заваривање било које величине може се постићи помоћу спиралне технологије. На пример, 70В ЕП-З ласер може да се користи за стварање три тачке заваривања од 1 мм за спајање две 150μм бакрене фолије. Затим је следећи изазов повезивање различитих метала.
За разлику од заваривања метала
Најчешће у електронским и батеријским апликацијама је спајање танке бакрене фолије на алуминијум. Да би се решио овог изазова, апликативни тим СПИ ГГ # 39 уложио је у интензивна истраживања. Брзо су најавили напредак, а када су их питали колико је јак завар, показали су слику завара под статичким оптерећењем од 12 килограма (слика 6).
Слика 6: Међусобно заваривање бакар-алуминијум (а) и његови резултати испитивања затезањем (б), а слика (ц) под статичким оптерећењем од 12 килограма.
У ствари, недавни тест спроведен на испитивању затезања показао је да у тесту одвајања од 90 степени бакар-алуминијумски спој није успео под смицањем силе од 26 килограма и давао је тежину од 6 килограма. Завар је нетакнут.
Изузетније заваривање различитих материјала може се користити у стварним комерцијалним применама (слика 7). ГГ куот; Коришћењем само једног модуса наносекундног наносекундног ласера од 20 В омогућава нам добро контролисање уноса топлоте и геометрије заваривања, посебно у веома захтевним апликацијама за микро заваривање, као што су фолија од нерђајућег челика од 0,1 мм и титанска фолија од 0,25 мм.” рекао је др Геофф Сханнон из Амада Мииацхи (Монровиа, Цалифорниа).
Слика 7: Заваривање нерђајућег челика и титанове фолије са 20В ХС-С ласером.
Увођење ове врсте вишенаменског алата може поједноставити производну линију, па је то брзо развијено у индустријама као што је производња медицинске опреме. ГГ куот; Ови ласери са влакнима су револуционарни алат који може наносекундним импулсима да сече, јеткати и брусити, а може користити и мулти-милисекундне импулсе за заваривање. Сви ови процеси могу се завршити истим ласером у истој производној активности. ГГ куот; Коментирао Марк Бродски из компаније Ласер Марк ГГ # 39; с (Сан Јосе, Цалифорниа).
Резиме
Овај чланак представља разне примене од спајања пластике и лемљења до заваривања лима и заваривања жицама. У овим апликацијама, употреба ласера са наносекундним влакнима је одлична алтернатива уобичајеним милисекундним импулсним ИАГ и модулисаним изворима ЦВ ласера. решење. Добре перформансе ових ласера у вишепроцесној производњи додатно доказују њихову свестраност.