Lazerio technologijos elektronikos gamybos pramonėje

Pažengęs medžiagų apdorojimas naudojant lazerio pjūklo sistemas

Šiuolaikinėje pramonėje sparčiai auga lazerinės pjūties sistemos, skirtos naujų medžiagų mikroniniu tikslumu apdoroti. Jos veikia su ±5 μm tikslumu metalams, keramikai ir plastikams (Industrial Laser Review 2024), tokios sistemos leidžia gamintojams išlaikyti reikalaujamus elektronikos komponentų ir pramoninių korpusų nuokrypius. Bekontaktis pjaudymas pašalina mechaninio pjaudymo susijusį dėvėjimąsi, todėl sumažėja medžiagos atliekų iki 30 %.

Varinių ir kartūninių detalių gamybos technologijos

Kad būtų galima valdyti vario ir kartūno didelę šilumos laidumą, impulsiniai pluošto lazeriai energiją tiekia serijomis impulsų, kurie sumažina šilumos laidumą. Ši metodas sumažino oksidaciją 42 % lyginant su tolydžiųjų bangų CO₂ sistemomis (Precision Manufacturing Quarterly 2023). Naudodami naujausią lazerinio spindulio moduliavimo technologiją, 0,1 mm storio kartūno lakštą galima pjauti 12 m/min greičiu, išlaikant krašto nelygumą žemiau Ra 1,6 μm.

Auksinės grandinėlės struktūrizavimas mikroelektronikai

Ultratrumpų pikosekundžių lazerių 8 μm pločio aukso takeliai polimido pagrinduose be mikroįtrūkių – pagerinta 60 % lyginant su fotocheminiu raižymu (Microelectronics Journal, 2023). Procese naudojamos 532 nm žaliosios bangos, kurias veiksmingai sugeria auksas, pasiekiant 98 % laidumo išlaikymą dėl <0,5 % šilumos paveiktos zonos (HAZ) priskverbimo.

Pieno plieno korpuso tikslus pjūvis

Aukštos galios disko lazeriai pjauna 2 mm storio 316L pieno plieną su 15° statmenumo nuokrypa, svarbu elektromagnetinio trikdžio apsaugoti elektronikos korpusams. Adaptyvūs dujų antgaliai palaiko 0,8 MPa azoto slėgį pjūvio metu, ribodami paviršiaus oksidaciją iki mažesnės nei 5 nm storio (Materials Processing Today, 2024). Automatizuotos vaizdo sistemos patvirtina pjūvio matmenis ±20 μm tikslumu dar prieš apdorojimo etapus.

Pluošto lazeriai ir CO2 sistemos elektronikos gamyboje

Žaliosiomis lazerėmis atspindžių medžiagų apdirbimas

Žalios (515, 532 nm) šviesolaidinės klasės ypač gerai tinkamos apdoroti labai atspindinčias metalus, tokiais kaip varis ir aukso lydiniai. Šie medžiagos atstumia 90 % ar daugiau infraraudonųjų spindulių energijos, tačiau sugeria 65–80 % žalios šviesos, leidžiant užbaigti 0,1 mm storio grandyno komponentų pjaustymą be papildomų krosnies įrankių. Palengvina 5G antenos, lanksčių PCB pritaikymą Naujausi proveržiai kilę iš impulsinių žaliųjų lazerių, kurie mikroelektronikoje pasiekia 5 μm skiriamąją gebą, kuri yra kritiškai svarbi gaminant 5G antenas ir lanksčius PCB.

Našumo palyginimas: 10 W vs 30 W įrenginiai

10-30 W galios pluošto lazeriai dabar yra tokie patys greiti metalo apdirbimui kaip ir CO2 sistemos, tačiau sunaudoja 40% mažiau energijos. 30 W pluošto lazeris 1 mm nerūdijantį plieną pjūs 12 m/min greičiu, tuo tarpu 100 W CO2 pjūs tą patį 8 m/min greičiu. Prototipų laboratorijoms, 10 W sistemos užtikrina pakankamą 0,5–3 mm medžiagos apdirbimą su 50% mažesnėmis pradžios sąnaudomis, o 30 W modelis tinka gamybos reikalavimams iki <20 μm pozicionavimo kartojamumo.

Energijos vartojimo efektyvumas kompaktiniuose lazerio graviravimo sistemose

Naujausios pluošto lazerio graviravimo sistemos siūlo 30% elektros tinklo efektyvumą, lyginant su 8–12% CO2 lazeriuose, tai suteikia metinę energijos sąnaudų mažinimo galimybę po 2 800 JAV dolerių vienai mašinai, veikiančiai nuolat. Kompaktiškos konstrukcijos: oru aušinamos dizaino savybės pašalina būtinybę naudoti didelius čillerius, sumažinant darbo vietų plotą net 60%. Išmanus galios moduliavimas leidžia kontroliuoti <0,5 °C temperatūros nukrypimus per 8 valandų žymėjimo sesijas, užtikrinant 20 μm graviravimo gylį keraminiuose pagrinduose bei anoduoto aliuminio korpusuose.

Išmaniųjų gamybos integravimo strategijos

Internetu jungtų įrenginių (IoT) technologijomis valdomas lazerinis suvirinimas

Šiuolaikiniai IoT (Internet of Things) jutikliai yra sukurti taip, kad realiu laiku būtų galima stebėti šilumos sklaidą, sujungimo vietą ir medžiagos deformaciją vykstant suvirinimo procesui. Šie sujungti sistemos automatiškai nustato galios lygmenis (±0,5 % tikslumas) ir dujų srautus, kai nuokrypiai viršija iš anksto suprogramuotus ribinius dydžius, pavyzdžiui, varinių magistralių ir akumuliatoriaus terminalų suvirinimui. State of Art Review in Smart Manufacturing praneša apie 18 % greitesnius įdiegimo laikus ir 12 % mažesnį po suvirinimo atliktą perdirbimą gamykloms, naudojančioms IoT technologijomis valdomą lazerio kontrolę, lyginant su rankenine proceso valdymo sistema. Procese integruoti kraštutinio skaičiavimo moduliai leidžia atlikti terminį vaizdavimą 120 Hz dažniu adaptuojant kelią aukštos kokybės (1 μm/min) plonų nepridėtinio plieno folijų (0,1–0,3 mm storio) suvirinimui.

Žymėjimo operacijų defektų aptikimas naudojant dirbtinį intelektą

AI (dirbtinio intelekto) algoritmai aptinka 14+ kokybės savybių lazerio žymimuose komponentuose, tokiuose kaip kontrastas, krašto tikslumas ir paviršiaus po anglies sluoksnio gylys. Giliųjų mokymosi tinklas, išmokytas naudojant 50 000+ defektų nuotraukų, gali pasiekti 99,2% tikslumą identifikuojant mikroįtrūkimus (5 μm), tokiais kaip graviruotas PCB serijos numeris. Pagal pramonės leidinius, gamintojai pasiekia 34% sumažėjimą žymėjimo sąnaudų esant 12 000 ženklų/valandą judančiuose konvejeruose, naudojant šias sistemas. Tiesioginio spektrinio analizės įrankiai palygina spinduliavimo modelius su medžiagų duomenų bazėmis, nedelsiant nustatydami bet kokį nukrypimą nuo pageidaujamų deguonies lygių, kurie sukeltų žymėjimo ant medicinos prietaisų atspalvio keitimąsi.

Ultra greito lazerio mikroapdirbimo proveržiai

Ultrabgreitas lazerinis mikroapdirbimas tapo transformuojančia jėga tikslaus gamybos procese, ypač elektronikos komponentams, reikalaujantiems submikroninio tikslumo. Šie sistemos naudoja trumpesnes nei 1 pikosekundės trukmės impulsus, kad pasiektų medžiagos abliacijos rodiklius virš 10 μm³/μJ, tuo tarpu šilumos perdavimas į aplinkinius plotus išlieka minimalus.

Puslaidininkių plokštelių drezinimo inovacijos

Šiuo metu femtosekundiniai lazeriniai sistemos gali pasiekti 5 μm pjūvio plotį su <0,1% krašto nubrozdinimu 300 mm silicio plokštelėms, kas yra 60 % pagerinimas lyginant su mechaniniu drezinimu. Technologija leidžia pasiekti 50 % didesnį greitį nei nanosekundiniai lazeriai, nes pašalina būtinybę atlikti papildomą apdorojimą nuo terminių pažeidimų. Puslaidininkiams pritaikytos ultra greitos lazerai sudaro didžiausią rinkos dalį – 42 %, o iš jų 68 % tenka būtent plokštelių drezinui.

3D jungčių gamyba PCB plokštėms

Ultrafast diodinio gręžimo sistema su 25 μm kanalais ir 10:1 santykio konfigūracija FR-4 pagrindu leidžia pasiekti didelį ryšių tankį 5G moduliams. Pažangios spindulio formavimo technologijos [17] užtikrina ±2 μm tikslumą, sureguliavus 24 sluoksnių PCB struktūrą, kas yra svarbu milimetriniams bangoms. Naujausi matavimai, atlikti naudojant šią sistemą, parodė 98 % vertikalumo 100 μm storio polimido plėvelėse, taip išspręndžiant signalo vientisumo problemas lankstomojoje hibridinėje elektronikoje.

Lazerinė vamzdžių apdorojimo technologija komponentų montavimui

Šilumos paveiktos zonos kontrolė suvirinimo procese

Veikiant impulsinėmis operacijomis ir adaptuojant galios moduliavimą, modernūs lazerinių vamzdelių apdorojimo sistemos pasiekia šilumos paveiktos zonos (HAZ) plotį mažesnį nei 0,4 mm nepridėtinio plieno suvirinimui. 2023 m. WRC ataskaita aprašė, kaip viršutinės galios (1500 W) ir impulso trukmės (2–20 ms) kaita sumažino terminį iškraipymą 62 % daugiau nei konvenciniai metodai. Uždaros kilpos valdymas tokioje temperatūroje (±15 °C nuo nustatyto tikslo) realaus laiko sistemoje padeda išlaikyti medžiagos vientisumą.

Automatizuotų įrenginių integravimo sprendimai

Lazerio vamzdžių pjaustymo savisprendimo technologijos sumažina standartinius įrenginius 85 % naudojant tiksliai apdirbtus iškyšos ir lizdo tipo sąnarius. Naujausių pramonės ataskaitų teigimu, adaptaciniai įrenginiai sumažina paruošimo laiką 60 % automobilių dalių gamyboje. Įmontuoti IoT jutikliai suteikia ±0,05 mm padėties grįžtamąjį ryšį, leidžiant realiu laiku koreguoti spaustuvo jėgą aukšto greičio apdorojimo metu. Šios sistemos taip pat gali būti programuojamos automatiškai prisitaikyti prie CAD nurodytų leistinų nuokrypių lygių ir užtikrinti pirmojo bandymo rodiklį virš 99,2 % mišrioms medžiagų partijoms.

Rinkos tendencijos lazerio aksesuarų plėtros srityje

Valcavimo preso suderinamumo funkcijos

Kadangi paklausa dėl hibridinių gamybos procesų didėja, tai ritininio preso ir lazerinio pjūvio įrenginio kombinacija gali būti laikoma esminiu novatoriumi. Pagrindiniai gamintojai suteikia pirmenybę suderinamumo funkcijoms, kurios supaprastina medžiagos padavimą ir lygiavimą. Vienas 2023 metų tyrimas parodė, kad sistema, sujungianti lazerinį tikslumą su ritiklinės automatikos pagrindu, gali sumažinti prieš pradedant plieno lakštų gamybą reikalingą paruošimo laiką 42 procentais. Kaip veikia LxfARs LxfARs veikia remiantis tiesiogine optine aligmentacija tarp lazerinės galvutės ir padavimo įrenginio bei tarp lazerinės galvutės ir traukiklio apdorojant siauras juostas. Šie duomenų turtingi sprendimai yra parengti pagal Industry 4.0 standartus ir aprūpinti IoT jutikliais, kurie realiu laiku pateikia informaciją apie ritiklių įtampos jėgą ir darbinio kūno pozicionavimą, atsižvelgiant į augančią poreikį daugiaprocensiai automatizacijai elektronikos komponentų gamyboje. MQL sprendimai su standartiniais montavimo sąsajomis taip pat su programuojamu slėgio valdymu plečia pritaikymą prie nerūdijančio plieno, vario ir žalvario pagrindų.

Modulinės lazerinio graviravimo priemonės

Mažo pėdsako lazerinio graviravimo moduliai keičia lankstaus mažos apimties gamybos žaidimą, be to, 78 % vartotojų nurodo greitesnes darbo permainas kaip pagrindinę įmonės priežastį jas įdiegti. Naujausiuose modeliuose yra alenavimo be įrankių ir universalios tvirtinimo vietos, kurios tinka 3 ašių CNC staklėms. Energiją taupantys 10 W švarpos lazeriniai modeliai pasiekia žymėjimo rodiklius ant anoduoto aliuminio 20 % greičiau nei anksčiau (lyginant su 2020 m. versija) ir sunaudoja 15 % mažiau elektros energijos. Ši modulinių sistemų tendencija atspindi platesnį pramonės kelią link mastelio gamybos langų, ypač medicinos prietaisų prototipų kūrimo ir vartojimo elektronikos personalizavimo srityse. Šios priemonės išlaiko mikroninio tikslumo lygį daugiau nei 500 eksploatacinių ciklų, o tai tinka aukšto tankio PCB serijavimo programoms.

DUK

Kokie yra lazerinio pjūvio sistemų naudojimo medžiagų apdorojimui privalumai?

Lazerio pjūvio sistemos siūlo aukšto tikslumo apdorojimą, pasiekiant mikronų tikslumą, o tuo pačiu pašalina mechaninį nubrozdinimą ir sumažina medžiagos atliekų kiekį. Jos yra efektyvios metalų, keramikos ir plastiko apdorojimui su minimalia poveikiu aplinkai.

Kaip lyginant pluošto lazerius ir CO2 sistemas elektronikos gamyboje?

Pluošto lazeriai yra energiją taupomesni, sunaudojant 40% mažiau energijos lyginant su CO2 sistemomis. Jie siūlo didesnį apdorojimo greitį ir geresnį energijos naudingumą mažiems graviravimo sistemoms bei tinka lakštinio metalo apdorojimui.

Kaip IoT keičia lazerio suvirinimo procesus?

IoT jutikliai stebi šilumos sklaidą, sujungimo vietą ir medžiagos deformaciją realiu laiku, leidžiant automatiškai koreguoti galios lygius ir dujų srautus, dėl ko sutrumpėja paleidimo laikas ir mažėja po suvirinimo reikalaujamas perdirbimas.