ניתוח של טכנולוגיית חיתוך לייזר מנחושת חשופה: עקרונות, יתרונות ואופטימיזציה של תהליך

 

כחומר המוליך הליבה במערכת החשמל, פסי נחושת חשופים נמצאים בשימוש נרחב בציוד הולכת ושינוי כוח, מכשירי חשמל במתח גבוה ונמוך, ובפיתולי מנוע. דרישות הביצועים שלו כוללות לא רק מוליכות מעולה וחוזק מכני, אלא גם תקנים מחמירים לדיוק עיבוד ואיכות פני השטח. לטכניקות עיבוד מסורתיות, כגון ניקוב ושרטוט, יש בעיות כמו שאריות קוצים, ריכוז מתח ומחזור עיבוד ארוך, שקשה לעמוד בדרישות הדיוק של ציוד-יוקרתי עבור חלקים מוליכים. טכנולוגיית חיתוך לייזר, עם מאפייני העיבוד ללא-מגע שלה, מספקת פתרון חדשני לעיבוד-בדיוק גבוה של פסי נחושת חשופים.

 

 

 

 

 

(ט) עקרון טכני
חיתוך לייזר ממקד קרן לייזר בצפיפות הספק- גבוהה (צפיפות האנרגיה יכולה להגיע ליותר מ-10⁶ W/cm²) כדי לחמם באופן מיידי את חומר פני השטח של ה-Copper BusBar לטמפרטורת האידוי (כ-2567 מעלות) ליצירת חורי אידוי זעירים. במקביל, גז עזר בלחץ- גבוה (כגון חנקן או חמצן) קואקסיאלי עם הקרן מעיף את שאריות המתכת המותכת, וחיתוך מתמשך מושג כאשר ראש הלייזר נע לאורך המסלול שנקבע מראש. תהליך זה משלב הולכת חום, שינוי פאזות אידוי ודינמיקה של זרימת אוויר כדי להשיג עיבוד דיוק ברמת מילימטר-לרמת מיקרון-.

(II) מאפייני תהליך
עיבוד ללא-לחץ: חיתוך מגע לא-מכני מונע את הלחץ המכני השיורי של תהליכי ניקוב וגזירה מסורתיים, מבטיח את יציבות המבנה הארגוני הפנימי של ה-Electrical Bus Bar, ומתאים במיוחד לדרישות החיבור של רכיבים חשמליים מדויקים.

איכות קצה-דיוק במיוחד: החספוס של חוד החנית יכול להגיע ל-Ra פחות מ-12.5 מיקרומטר או שווה ל-12.5 מיקרומטר, ללא כתמים, קילופים ופגמים אחרים, תוך הפחתת תהליכי השחזה הבאים ועמידה ישירות בדרישות האריזה של הבידוד.

Complex shape adaptability: Supports arbitrary two-dimensional and three-dimensional trajectory cutting, and can process ultra-thin row materials and special-shaped structures with a width-to-thickness ratio of >10, פורץ דרך מגבלות הצורה של עיבוד עובש מסורתי.

 

 

 

 

(I) אמצעי נגד לעיבוד-חומר רפלקטיבי גבוה
לנחושת יש מאפיינים של רפלקטיביות גבוהה (קצב ספיגה של לייזר באורך גל של 1μm<5%) and high thermal conductivity (401 W/(m・K)), which easily leads to laser energy attenuation and thermal deformation. Stable cutting is achieved through the following technical improvements:

עיצוב נתיב אופטי אנטי-גבוה-: אמצו מערכת נתיבים אופטיים סגורה לחלוטין ועדשות סרט דיאלקטרי רב-שכבתי כדי להפחית את הנזק של אור מוחזר לרכיבים אופטיים ולהבטיח את יציבות פלט האנרגיה.

Energy modulation technology: combining pulsed laser and waveform optimization algorithm, through peak power increase (>10 קילוואט) ובקרת רוחב הדופק (10-100μs), פורצת במהירות את סף השתקפות החומר ומשיגה אידוי יעיל.

(II) בקרה מתואמת של פרמטרי תהליך
התאמת מהירות חיתוך: התאם באופן דינמי את המהירות (0.5-5 מ'/דקה) בהתאם לעובי הצלחת (0.5-30 מ"מ) כדי למנוע שאריות סיגים שנגרמו ממהירות מהירה מדי או דפורמציה תרמית שנגרמה ממהירות איטית מדי.

אופטימיזציה של לחץ גז: גז עזר בלחץ 0.5- 2MPa גבוה- משמש כדי להבטיח פריקה בזמן של סיגים ולבלום תגובת חמצון (עובי שכבת התחמוצת הוא פחות מ-10 מיקרומטר כאשר נעשה שימוש בהגנה מפני חנקן).

 

 

מדדי ביצועים	חיתוך בלייזר	ניקוב וגזירה מסורתיים	עיבוד אלקטרו-ניצוץ
דיוק מידות	±0.1 מ"מ	±0.5 מ"מ	±0.05 מ"מ
חספוס פני השטח	Ra פחות או שווה ל-12.5μm	Ra גדול או שווה ל-25μm	Ra פחות או שווה ל-6.3μm
שיעור ניצול החומר	＞95%	70%-85%	85%-90%
יעילות עיבוד	50-200 חתיכות/שעה	10-30 חתיכות/שעה	20-50 חתיכות/שעה
יכולת הסתגלות לצורות מורכבות	מְעוּלֶה	יָרוּד	טוֹב

 

בהשוואה לתהליכים מסורתיים, טכנולוגיית חיתוך בלייזר מפחיתה את עלויות העובש ומקצרת את מחזור ההגהה (מ-72 שעות ל-4 שעות) באמצעות ייצור ללא עובש, תוך הפחתת תהליכי עזר כגון חישול וטחינה, והפחתת עלות הייצור הכוללת ב-30%-50%. בתחומים מתפתחים כמו תחנות בסיס 5G ורכבי אנרגיה חדשים, יכולות העיבוד היעילות והגמישות שלה משפרות משמעותית את מרחב התכנון המשולב של רכיבים מוליכים.

 

 

(I) נקודות מפתח של בקרת תהליך
ניטור פרמטרים סביבתיים: שמור על טמפרטורת סביבת העיבוד (20±2 מעלות) ועל הלחות (פחות או שווה ל-60% RH) כדי למנוע מחמצון משטח הנחושת להשפיע על איכות החיתוך.

שילוב זיהוי מקוון: ניטור- בזמן אמת של סטיית מסלול חיתוך (דיוק ±0.05 מ"מ) באמצעות מערכת חזותית CCD, בשילוב עם אלגוריתם בינה מלאכותית לפיצוי אוטומטי על שגיאות תנועה.

(II) כיוון התפתחות הטכנולוגיה
יישום לייזר מהיר במיוחד: טכנולוגיית הלייזר של Femtosecond (רמה שנייה של 10⁻¹⁵) יכולה להשיג "עיבוד קר", להפחית באופן משמעותי את האזור המושפע מהחום (＜50μm), ולשפר את אמינות העיבוד של פסים דקים במיוחד (＜0.1 מ"מ).

קו ייצור חכם: בהתבסס על טכנולוגיית התאומים הדיגיטליים, מתממשים-אופטימיזציה עצמית של פרמטרי חיתוך ותחזוקה חזויה של מצב הציוד, ויעילות העיבוד משתפרת ביותר מ-20%.

 

 

 

 

טכנולוגיית חיתוך בלייזר הפכה לבחירה המרכזית עבורפס נחושת חשוףעיבוד בשל הדיוק, הגמישות והיעילות שלו. עם פריצות הדרך המתמשכות בלייזרי סיבים -גבוהים ובאלגוריתמי בקרה חכמים, טכנולוגיה זו תמשיך להיות מיושמת באנרגיה חדשה, ייצור ציוד- מתקדם ובתחומים אחרים, ותקדם את העיבוד של חומרים מוליכים לקראת דיוק וירוקות גבוהים. משתתפי התעשייה צריכים לבצע אופטימיזציה מתמדת של פרמטרי תהליכים ולחזק חדשנות באינטגרציה של ציוד כדי להתמודד עם-דרישת השוק ההולכת וגוברת.