在許多工業過程中,VCSEL 雷射器被用作表面加熱的刀具。作為一種高強度紅外線熱源,具有選擇性波長射線的精確定向二極體雷射熱處理既可擴展又高效節能。VCSEL 雷射陣列支持乾燥、焊接、密封、 釬焊和加熱。它們還在合成材料、合金和鋼部件的積層製造中顯示出許多優勢。窄帶射束也良好適用於合成材料焊接或表面的雷射熔融。原則上,它們適用於精確表面和溫度控制具有決定意義的所有過程。此外,VCSEL 加熱系統支援在熱處理過程中使用紅外線相機 或高溫計進行溫度測量。雷射熱處理模組非常適合需要高精度的靈活大面積加熱應用。與傳統的加熱方法相比,使用者受益於更大的靈活性、精度和成本節約。
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採用 VCSEL 的雷射熱處理
VCSEL 雷射器用於不同表面和材料的熱處理。它們可優化 乾燥、焊接、密封、釬焊或加熱等過程。
VCSEL 雷射熱處理用於乾燥、焊接、密封和加熱
VCSEL 雷射器的熱處理如何工作?
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數以千計的微型雷射器(VCSEL)安裝在一個芯片上。每個發射器上裝有 56 個芯片, 多個發射器組裝在一個模組上。矩形射線區域可以包含數百萬個微型雷射器並發射幾千瓦的紅外線雷射功率。VCSEL 模組在定向、大面積、矩形射線橫截面中產生功率密度為 100 W/cm² 的近紅外線射線。透過這種方式,無需額外的、 昂貴的雷射加工頭或掃描器系統即可實現精確的局部熱處理。
工業生產過程中局部雷射熱處理有什麼優勢?
二極體雷射(VCSEL)用於工業熱處理的優勢
與傳統製程相比,VCSEL 雷射工藝具有許多優勢,例如使用回流爐和加熱棒加熱,透過變焦加工頭熱衝壓或雷射。
透過可選擇的波長和局部發射區域,可實現精確的強度和區域配置以及出色的過程結果。
根據您的需要調整模組尺寸:更改安裝的發射器數量或調整外殼。
VCSEL 加熱系統 的功率密度為 100 W/cm²,明顯高於紅外線或鹵素燈的功率。
透過選擇 VCSEL 發射器的數量或添加透鏡功能,從而根據個性化的生產需求調整熱密度和雷射射線。
TRUMPF 為全球客戶提供應用支援。
VCSEL 雷射器用於哪些熱處理?
許多生產和工業過程都受益於 VCSEL 雷射陣列的加熱。這包括生產和裝配線中合成材料、合金和鋼部件的焊接、釺焊、密封和軟化。
VCSEL 加熱系統可將材料接合或連接在一起,焊接合成材料並加工多個材料層以進行帶材鋪設。結果:硬度高和變形低。
VCSEL 加熱系統產生的熱量可在不同的表面之間形成緊密的連接。
對濕塗層材料進行雷射熱處理,可有效加速乾燥過程。
例如,使用 VCSEL 雷射器進行熱處理可以軟化材料或提高 傳輸量。
VCSEL 系統會在局部加熱要焊接的區域並限制焊接時間。由此實現更高的品質和更高的 傳輸量。
在 3D 積層製造金屬部件時,透過 VCSEL 熱處理可降低 熱應力。VCSEL 系統還可以熔融塑料,從而創建 3D 積層製造部件。
焊接
VCSEL 加熱系統可用於許多應用。這 包括合成材料部件的焊接、傢俱板邊緣的連接或用於生產複合材料的膠帶 加熱 。
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合成材料可以使用雷射照射進行焊接。在此工藝中,使用雷射束連接兩種熱塑性合成材料。這會穿透部件的透明表面層,並加熱下面的會吸收射線的零件。吸收性合成材料基材熔化,由此熔合透明的接合區域。VCSEL 加熱系統可以在一個工序中同時對工件的應用區域進行焊接和加熱。
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VCSEL 系統為 纖維鋪放和鋪帶過程提供量身定製的高性能雷射解決方案。由於使用 VCSEL 雷射器 進行熱處理,複合材料可以以可擴展和靈活的方式製造。
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VCSEL 陣列適用於傢俱板的工業生產。由此可以實現無縫邊緣和表面熔融,從而獲得 非常好的產品效果。緊湊而可靠的 VCSEL 熱處理源可提供定向且可精確控制的紅外線雷射功率,在高傳輸量生產應用中表現出色。
密封
VCSEL 製程 可實現 非常精確的高速密封。例如,這使得電池生產效率明顯提高。
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VCSEL 系統可以將軟包電池的密封速度提高三倍。為此,他們在靠近焊接區域的軟包薄膜內部加熱,以進行焊接。熱處理還可實現非常精確的密封。由此延長電池的使用壽命,因為防止了薄膜起皺。該工藝提高了軟包電池的品質和同質性。
乾燥
VCSEL 加熱系統在比例尺可變的 應用中具有多面性,例如電池薄膜的 乾燥。
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在塗覆塗層后,電池薄膜將被乾燥,以從其活性材料中去除溶劑。工業 VCSEL 系統完美適用於大面積熱處理過程 ,例如薄膜乾燥。特別是採用 VCSEL 雷射陣列的熱處理,在可擴展性和功率密度方面都非常靈活。透過對波長選擇性紅外線射線進行高度精確的局部控制,可加熱大表面區域。
加熱
VCSEL 加熱系統可用於精確處理特定材料(如鋼和矽晶圓)的加熱區域。
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汽車工業中車身鋼件的局部軟化用於對特定區域進行有針對性的熱處理。例如,B 柱。VCSEL 解決方案提供一種快速簡便的方法,以選擇性地軟化高強度鋼部件。
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VCSEL 陣列能夠均勻加熱矽晶圓。由於非常均勻且加熱快速,它們是晶圓生產中快速熱處理(RPT)的理想選擇。各個加熱區可以非常精確地控制。雷射加熱可以實現每秒幾百攝氏度的非常快速的溫度升高。由於透過溫度特征曲線進行出色的局部控制,VCSEL 提高了晶圓品質。
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VCSEL 雷射陣列使太陽能電池的生產更加高效。太陽能電池表面上的銀粒子觸點的燒制稱為「Firing」。在此過程中使用 VCSEL 系統具有一系列的優勢。在用雷射束快速燒製時,只有太陽能電池被加熱,其餘的爐區域則盡可能保持冷卻。雷射束作為熱源可提高能源效率和成本效率。此外,爐所需的空間更小,使用壽命更長。二極體雷射加熱系統的這些特性可以顯著降低生產成本。
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VCSEL 陣列可以提高太陽能電池的效率。用於照射單晶矽太陽能電池的高性能 VCSEL 雷射模組 ,可在幾秒鐘內的超快再生時持續防止 反應性硼氧化合物的形成。結果:電池效率顯著提高。這一過程在強度和目標區域方面既高效又高度局部化, 超快電池再生 為高性能太陽能電池的效率帶來顯著提升。
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憑藉超快的 光浸泡,VCSEL 加熱系統產生的強射線和高溫可以打破生產過程中的能量屏障。這個過程降低了太陽能電池的內阻,使其更高效地工作。因此,VCSEL 系統可以提高太陽能電池的效率。
釺焊
VCSEL 雷射器在線路板上的小觸點釬焊時非常高效,可在需要時提供比傳統製程更高的輸出功率。
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借助 LAS,焊球透過 VCSEL 雷射紅外線熱處理直接被焊接到線路板上,這對於較小的焊球和間距應用情形特別有利。借助 LAS,VCSEL 雷射器可確保高精度的局部熱處理,並使焊點達到最高品質。還有一個額外優勢為,雷射熱處理可增加線路板的使用壽命。
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LAB 工藝使用線路板上的倒裝芯片和焊球進行連接。VCSEL 系統從上方加熱芯片,透過矽片傳輸的雷射能量使芯片和線路板之間的焊球熔化。由此可加熱帶有多個芯片的完整線路板的更大區域 —— 與其他解決方案相比具有更高的輸出功率。
積層製造
VCSEL 陣列為金屬和合成材料的 3D 積層製造提供了獨特的優勢。
![透過雷射選區熔化生成部件](/filestorage/TRUMPF_Master/_processed_/c/1/csm_Applications-workpiece-creation-laser-metal-fusion_bd710aa49a.jpg)
當大體積金屬零件進行 3D 積層製造時,熱梯度通常會對燒結零件產生不利影響。透過從上方的基於 VCSEL 的雷射加熱,可以最大限度地減小應力。因為雷射熱量可顯著降低積層製造零件上的熱應力和變形。由此確保部件的機械性能得到改善。
數千個具有聚光加工頭的可單個尋址的 VCSEL 雷射器 可用作選擇性雷射燒結(SLS)的光源。與僅使用一個或兩個掃描雷射器的傳統 SLS 積層製造相比,這帶來了巨大的優勢。借助特殊的 VCSEL 加熱系統 ,可以實現高解析度(250 dpi)和無與倫比的生產速度。這比最好的傳統合成材料 3D 積層製造機 快約 10 倍 。
用於熱處理的 VCSEL 加熱系統在運行
誠邀您詳細了解 VCSEL 加熱系統雷射熱處理的多種用途和製程。
透过選配局部熱處理即可直接照射選定區域。TruHeat VCSEL 系統的發射區域可精確地單獨控制。
採用 VCSEL 陣列時,可以單獨調整強度特征曲線,以精確控制發射區域和功率過程參數。
TRUMPF VCSEL 加熱系統如何製造以及如何使用?
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