Il-versatilità tan-nanosekondi (ns) lejżers tal-fibra infra-aħmar pulsata hija magħrufa sew, u huma ideali għall-biċċa l-kbira tal-applikazzjonijiet tal-immarkar u tal-inċiżjoni industrijali. Normalment meta l-enerġija tal-polz tkun inqas minn ftit millijoules u l-qawwa medja ma taqbiżx il-100W, hija effettiva fil-modi ta 'frekwenza għolja ta' repetizzjoni tal-polz, mewġ kontinwu (CW) u modulu tal-mewġ kważi-kontinwu (QCW). Riċentement, bdew jintużaw f'varjetà ta 'mikromakkinar u texturing tal-wiċċ tal-lejżer, u anke applikazzjonijiet ta' mikrokutturi remoti. Ħafna minn dawn l-applikazzjonijiet jinvolvu t-tneħħija tal-materjal.
Għall-utenti, il-benefiċċji tal-lejżers huma ovvji, bħal sorsi tal-lejżer b'ħafna kompiti u forom integrati kompatti li ħafna drabi huma mkessħa bl-arja biex tinkiseb integrazzjoni bla xkiel. Globalment, industriji bħall-elettronika għall-konsumatur, il-ħażna tal-enerġija, u tagħmir mediku għandhom bżonn iżidu aktar funzjonijiet għal volumi iżgħar u iżgħar u ppakkjar ta 'densità għolja. Għalhekk, teknoloġija tal-manifattura aktar effiċjenti hija meħtieġa biex tgħin lil dawn il-prodotti jsiru realtà. Dan l-artikolu se jiffoka fuq it-teknoloġija tal-iwweldjar bil-lejżer. Għalhekk, din it-teknoloġija tal-produzzjoni realizzata minn lejżers industrijali (fibra infra-aħmar tan-nanosekonda) tista 'tipprovdi r-ripetibbiltà għolja meħtieġa, il-preċiżjoni u l-kapaċità tal-produzzjoni, kif ukoll bi prezz baxx, sabiex tkun tista' tissodisfa l-ħtiġijiet tas-suq.
Skond oqsma ta 'applikazzjoni differenti, diversi tipi ta' lejżers għandhom vantaġġi differenti, inkluż lejżers YAG pulsati, lejżers tad-diska, lejżers tal-fibra (CW u QCW), u anki lejżers tad-dijodi. S’issa, lejżers bil-pulsazzjonijiet tan-nanosekondi intużaw biss fi ftit applikazzjonijiet avvanzati, iżda s-sitwazzjoni qed tinbidel, u l-lejżers tal-fibra tan-nanosekonda riċentement bdew jiġu applikati għal konnessjonijiet materjali.
SPI huwa l-pijunier fl-introduzzjoni tal-amplifikatur tal-qawwa tal-oxxillatur ikkontrollat (MOPA) għal lasers tal-fibra tan-nanosekonda, u dan wera wkoll li huwa għodda versatili ħafna minħabba li jista 'jikkontrolla u aġġusta l-polz skont ir-rekwiżiti tal-applikazzjoni. parametru. Dan jinkiseb prinċipalment billi jinbidlu t-tul tal-impuls u l-frekwenza tal-impuls. Jistgħu wkoll jinqalbu bejn il-modi tal-mewġ pulsat u kontinwu, li hija wkoll fattur importanti ħafna minħabba d-disponibbiltà tagħhom f'firxa ta 'sorsi ta' dawl bi kwalitajiet ta 'raġġi differenti, sabiex għodod differenti jistgħu jiġu pprovduti skond il-kompitu kurrenti. Fil-medda ta 'qawwa medja u l-ogħla qawwa, dan il-lejżer jista' jkun modulat fil-medda ta 'millisekonda biex ikun adattat għal applikazzjonijiet li jeħtieġu impulsi millisekondi b'qawwa medja baxxa.
Iwweldjar tal-plastik
Ħu l-iwweldjar tal-plastik bħala eżempju. F’xi applikazzjonijiet li jeħtieġu preċiżjoni għolja, bħal apparat mikrofluwidiku, l-użu ta ’lejżers tal-fibra se jikseb vantaġġi aktar minn sorsi oħra tal-lejżer. Kultant id-distribuzzjoni tal-enerġija fuq il-post se jkollha impatt. Pereżempju, f'apparat mediku kumpless, polimeru trasparenti huwa wweldjat ma 'polimeru iswed, u raġġ tal-lejżer ta' 40W huwa ssettjat għal modalità CW (Figura 1)." Jippermettili nikkontrolla d-daqs tal-post, id-distribuzzjoni tal-enerġija, u l-fond tal-kamp kif meħtieġ.&Kwotazzjoni; ikkummenta Joe Lovotti, direttur tat-teknoloġija tal-lejżer f'Okay Industries (New Britain, Connecticut).
Figura 1: Weldjar tal-plastik ta 'siringi bl-insulina bil-lejżer HS-H 40W.
Iwweldjar tal-wajer
F'termini ta 'wweldjar tal-metall, l-applikazzjonijiet ta' mikrokonnessjoni fl-industrija tal-apparat mediku qed isiru dejjem aktar komuni, li hija sfida anke għall-aħjar inġiniera tal-applikazzjoni. Il-konnessjoni ta 'wajers irqaq tal-metall hija biss eżempju bħal dan, u lasers tal-fibra CW intużaw ħafna f'dan il-qasam. Madankollu, hekk kif il-wajer tal-metall isir irqaq, il-problemi relatati mal-input tas-sħana jsiru aktar diffiċli. Meta tkun iwweldjar 50μwajer imkebbeb b'dijametru m, bl-użu ta '20W, M2< laser="" 1.6="" biex="" jinkiseb="" fokus="" ikkonċentrat="" iġib="" riżultati="" tajbin.="" l-isfida="" hija="" li="" tissopprimi="" l-ogħla="" qawwa="" tal-polz="" billi="" tħaddem="" il-lejżer="" b'rata="" ta="" 'repetizzjoni="" ogħla,="" u="" toħloq="" aktar="" impulsi="" b'gg="" lt;="" 0.1mj="" u="" modulazzjoni="" tal-mewġ="" kważi-kontinwu="" (qcw)="" bi="" frekwenza="" akbar="" minn="" 250khz,="" li="" fl-aħħar="" l-analiżi="" hija="" li="" toħloq="" sekwenza="" ta="" 'impulsi="">
Xi applikazzjonijiet jeħtieġ li jgħaqqdu għata ta 'barra jew żagarella ma' wajer (Figura 2). Sibna li f'dan il-każ, polz b'distribuzzjoni usa 'tal-enerġija jista' jikseb tixrib aħjar bejn iż-żewġ komponenti. F'dan l-eżempju, il-lejżer 40W, M2=3 użat għandu post akbar u enerġija tal-polz kemmxejn ogħla (akbar minn 1.25mJ), li tista 'tgħin biex tnaqqas id-distakk.
Figura 2: Uża 250 kHz, 20W EP-Z laser biex iwweldja wajers tal-metall b'dijametru ta '50μm (a u b),
Laser ta '20W EP-Z jintuża biex iwweldja t-termokoppja (c), u laser 40WHS-H jintuża biex iwweldja l-armaturad wajer (d).
Min-naħa l-oħra, bl-użu ta 'laser single-mode b'20W u M2< 1.3="" jista'="" jikseb="" preċiżjoni="" għolja="" ħafna.="" eżempju="" huwa="" l-iwweldjar="" ta="" 'wajers="" tal-metall="" li="" mhumiex="" differenti="" b'dijametru="" ta'="">μm iwweldja b 'suċċess biex tifforma termokoppja. Biex jinkiseb l-effett mixtieq f'din l-applikazzjoni, l-għażla tal-jig u s-sistemi tal-viżjoni huma importanti daqs il-lasers.
Applikazzjoni tal-issaldjar tal-landa
Għall-issaldjar tal-landa, is-CW jew lasers diretti tad-dijodu huma ġeneralment użati, iżda f'applikazzjonijiet fejn l-input tas-sħana huwa kritiku, jistgħu jiġu kkunsidrati lasers bl-impulsi. Bl-użu ta 'impulsi twal b'rati ta' repetizzjoni għolja, l-effiċjenza fl-użu tal-enerġija tista 'titjieb u r-riskju ta' ħsara termika jista 'jitnaqqas. Bl-użu tas-sistema ta 'trażmissjoni tar-raġġ ta' skannjar, l-enerġija tal-lejżer tista 'tiġi ddepożitata fuq żona ta' mira akbar, sabiex il-pejst tal-istann tad-deheb / landa f'dan l-eżempju jdub biss fil-post tal-kuntatt (Figura 3).
Figura 3: Saldjar b'500 kHz, 40W HS-H laser.
Iwweldjar u twaħħil tal-metall
L-użu ta 'lasers bil-polz tan-nanosekonda biex iwweldja l-metalli jeħtieġ aġġustament bir-reqqa tal-parametri tal-impuls u l-issettjar tal-proċess, sabiex tassew tinkiseb konnessjoni tajba. Wara kollox, dawn it-tipi ta 'impulsi jintużaw prinċipalment biex ineħħu l-materjal, biex ma jdubux u jerġgħu jissolidifikaw. L-ottimizzazzjoni tal-polz tista 'tikseb l-ogħla qawwa massima u l-enerġija tal-polz, iżda dawn il-karatteristiċi jistgħu jiġu modifikati billi jintużaw fi frekwenzi ogħla. Dan inaqqas l-ogħla qawwa u jagħmel l-output eqreb lejn il-polz strobe QCW filwaqt li jżomm qawwa medja.
F'din il-frekwenza ogħla, l-effett tal-polz fuq il-materjal jinbidel minn ablazzjoni għal eqreb lejn tidwib. L-effett huwa notevoli. Fl-eżempju t'hawn taħt, nistgħu naraw l-użu ta 'laser ta' 70W biex niffaċċjaw ċirku b'dijametru ta '6mm fuq pjanċa rqiqa ta' l-istainless steel. Bl-użu ta 'impuls ta' 250ns, 1mJ f'70kHz, ir-riżultat huwa estremament mhux maħdum u ossidat ħafna. Żomm il-parametri kollha mhux mibdula, żid biss il-frekwenza tal-polz, tista 'tara titjib sinifikanti. Billi rduppja l-frekwenza għal 140 kHz u tnaqqas it-tnaqqis tal-enerġija tal-polz għal 0.5mJ, jista 'jidher li l-ħruxija u l-ossidazzjoni huma mtejba ħafna. Billi żżid il-frekwenza għal 500kHz u tnaqqas l-enerġija tal-polz għal inqas minn 0.15mJ, l-isbaħ Il-ħjata tal-iwweldjar m'għandhiex bżonn ta 'lqugħ tal-gass. Billi tuża din it-teknika, huwa possibbli li tinkiseb 250μm weldjatura fuq il-ħoġor (Figura 4).
Figura 4: Iwweldjar overlay fuq il-bord realizzat minn impulsi 250ns fi frekwenzi differenti.
Bl-użu tat-teknoloġija tal-wobbling biex tespandi l-weldjatura u ttejjeb il-penetrazzjoni tal-weldjatura (li taffettwa l-veloċità tal-iwweldjar), il-forma tal-weldjatura tista 'titjieb aktar.
Sar test fuq weldjatura bejn l-istainless steel u l-istainless steel, u s-saħħa tal-shear ta 'żewġ weldjaturi ta' 1mm f'ħoġġ weldjatura kompluta ta '0.5mm qabżet it-224 libbra. F'test tal-qoxra ta '180 grad imwettaq fuq weldjatura lineari ta' 5 mm twila u 1 mm wiesgħa, il-komponent ġab 241 libbra (Figura 5).
Figura 5: Il-weldjatura tal-istainless steel (a) u t-test tal-qoxra tiegħu (b) immaġni mikroskopika prodotta bil-lejżer EP-Z 70W.
Fil-fatt, din it-teknoloġija tista 'tiġi applikata għal diversi metalli oħra, bħal azzar, aluminju, u anke ram. Meta din it-teknoloġija tintuża biex tgħaqqad materjali li jirriflettu ħafna, il-polz jeħtieġ li jiġi aġġustat biex jipprovdi biżżejjed enerġija tal-polz biex tgħaqqad fil-materjal. Iwweldjar fuq il-post ta 'kwalunkwe daqs jista' jinkiseb bl-użu ta 'teknoloġija spirali. Pereżempju, laser 70-EP-Z 70W jista 'jintuża biex joħloq tliet punti ta' wweldjar ta '1mm biex jgħaqqdu żewġ 150μfuljetti tar-ram ħoxnin m. Imbagħad, l-isfida li jmiss hija li jgħaqqdu metalli differenti.
Iwweldjar tal-metall differenti
L-iktar komuni fl-applikazzjonijiet elettroniċi u tal-batterija huwa li tikkonnettja fojl irqiq tar-ram mal-aluminju. Sabiex tilqa 'din l-isfida, it-tim tal-applikazzjoni SPI' investa f'riċerka intensa. Huma ħabbru malajr il-progress, u meta mistoqsi kemm kienet qawwija l-weldjatura, huma wrew stampa tal-weldjatura taħt tagħbija statika ta '12-il libbra (Figura 6).
Figura 6: Iwweldjar fuq il-post tar-ram-aluminju (a) u r-riżultati tat-test tat-tensjoni tiegħu (b), u l-istampa (c) taħt tagħbija statika ta '12-il libbra.
Fil-fatt, test reċenti li sar fuq test tat-tensjoni wera li f'test tal-qoxra ta '90 grad, il-konnessjoni tar-ram-aluminju falliet taħt forza ta' shear ta '26 lira, u rriżultat f'6 liri. Il-weldjatura hija intatta.
Iwweldjar aktar ta 'sfida ta' materjali differenti jista 'jintuża f'applikazzjonijiet kummerċjali attwali (Figura 7)." L-użu ta 'lejżer pulsat 20o modalità waħda modalità waħda nanosekonda jippermettilna nikkontrollaw sewwa l-input tas-sħana u l-ġeometrija tal-weldjatura, speċjalment f'applikazzjonijiet ta' mikro-iwweldjar diffiċli ħafna, bħal folja tal-istainless steel ta '0.1mm u 0.25mm konnessjoni tal-fojl tat-titanju.” qal Dr Geoff Shannon ta ’Amada Miyachi (Monrovia, California).
Figura 7: Iwweldjar ta 'l-istainless steel u fojl tat-titanju bil-lejżer HS-S ta' 20W.
L-introduzzjoni ta 'dan it-tip ta' għodda b'diversi skopijiet tista 'tissimplifika l-linja ta' produzzjoni, u għalhekk ġiet żviluppata malajr f'industriji bħall-manifattura ta 'tagħmir mediku." Dawn il-lejżers tal-fibra huma għodda rivoluzzjonarja li tista 'tuża impulsi tan-nanosekondi biex tnaqqas, tordna u tħin, u tista' tuża impulsi ta 'multi-millisekonda biex issaldja. Dawn il-proċessi kollha jistgħu jitlestew bl-istess laser fl-istess attività ta ’produzzjoni.&Kwotazzjoni; Ikkummenta Mark Brodsky tal-Laser Mark' s (San Jose, California).
Sommarju
Dan l-artikolu jintroduċi varjetà ta 'applikazzjonijiet mill-għaqda tal-plastik u l-issaldjar għall-iwweldjar tal-folja tal-metall u l-iwweldjar tal-wajer. F’dawn l-applikazzjonijiet, l-użu ta ’lejżers tal-fibri bil-pulsazzjoni tan-nanosekonda huwa alternattiva eċċellenti għall-polz tal-polz YAG u millisekonda konvenzjonali u sorsi tal-laser CW modulati. soluzzjoni. Il-prestazzjoni tajba ta 'dawn il-lejżers fil-manifattura b'ħafna proċessi tkompli turi l-versatilità tagħhom.