Neįmanomo meno menas: delikatesnių detalių suvirinimas naudojant automatinį lazerinį suvirinimo įrenginį

Kodėl Automatinė lazerinio suvirinimo mašina Puikiai tinka delikatausių komponentų sujungimui

Mikrosuvirinimo paradoksas: didelė energija prieš silpnią šiluminę atsparumą

Dirbant su jautriais daiktais, tokiais kaip medicininiai jutikliai ar maži elektroniniai komponentai, labai svarbu pasiekti tinkamą energijos koncentraciją, kad nebūtų pažeista tai, kas yra šalia sujungimo vietos. Dažnai įprasti suvirinimo metodai šiam darbui netinka. Jei norint užtikrinti patikimus ryšius taikoma per daug šilumos, gali kilti problemų – plonos sienelės gali išsikreivinti arba atsirasti mikroskopinės įtrūkimų, kurių niekas nenori matyti. Čia praverčia automatinis lazerinis suvirinimas. Šios mašinos sutelkia energiją plotuose, kurie yra mažesni nei 50 mikronų skersmeniu. Jos veikia trumpais impulsais, o tai reiškia, kad detalės aukštą temperatūrą patiria tik dalimis sekundės. Dėl to šiluminis poveikis sumažėja nuo pusės iki trijų ketvirtadalių, lyginant su tradiciniais lankinio suvirinimo metodais. Dėl to inžinieriai dabar gali suvirinti medžiagas, kurios yra vos dešimtąją milimetro dalį storio, nesibaimindami, kad jos išsikreips. Beveik visi gamintojai, dirbantys su aviacijos jungtimis ar „laboratorija-chipoje“ technologija, šiuo metu remiasi būtent šiuo metodu, nes jokiu kitu būdu tinkamai atlikti darbo nepavyksta.

Bekontaktė fotoninė energijos perdavimo technologija išlaiko medžiagos vientisumą

Lazerio suvirinimas veikia kitaip nei tradicinės metodikos, nes energija siunčiama per šviesos daleles, o ne remiantis tiesioginiu kontaktu tarp detalių. Tai reiškia, kad procesas nedaro mechaninės įtampos jautrioms dalims. Lazeris sukuria susikoncentruotą spindulį, kuris gamintojams suteikia tikslų kontrolę virimo gilumai, kas ypač svarbu dirbant su skirtingų metalų deriniais. Pavyzdžiui, medicinos prietaisų gamyboje reikia sujungti varį ir nikelio lydinius, nepakenkiant jų savybėms. Kadangi lazerio suvirinimui nereikia jokių papildomų užpildų medžiagų, galimybė, kad galutiniam produktui patektų teršalai, yra žymiai mažesnė. Vienai įmonei neseniai pavyko sukurti visiškai sandarius sujungimus iš nerūdijančio plieno korpusuose, kurių storis vos 0,1 mm, naudojant itin greitus lazerio impulsus, todėl aplink suvirinimo vietą beveik neatsirado šilumos paveiktos zonos. Kitas privalumas – tai galimybė dirbti kontroliuojamoje atmosferoje, užpildytoje inertiniais dujomis, kurios apsaugo jautrias medžiagas nuo nenorimų cheminių reakcijų, išlaikant gaminamos detalės stiprumą ir kokybę.

Tiksli šilumos kontrolė ir minimali termiškai paveikta zona su automatiniais funkcijomis Lazerio suvirinimas Mašina

Šiluminio streso valdymas: įtrūkimų prevencija plonose sienelėse ir mikroskopinio dydžio detalių elementuose

Tiksli temperatūros kontrolė yra labai svarbi dirbant su mažo mastelio sujungimais. Pagal praėjusiais metais paskelbtą tyrimą žurnale „Journal of Manufacturing Processes“, lazerinio suvirinimo įranga sutelkia šilumą labai mažuose ploteliuose, sumažindama jos sklaidą aplinkui 60–80 procentų lyginant su tradicinėmis lankinio suvirinimo metodikomis. Toks tikslus požiūris neleidžia švelnioms medicinos prietaisų korpusams ar miniatiūrinėms elektronikos detalėms iškrypti. Paties suvirinimo metu integruoti temperatūros jutikliai dinamiškai reguliuoja energijos lygmenis, kad nebūtų perkaršta. Tai padeda išlaikyti svarbių medžiagų, tokių kaip tam tikri metalų lydiniai, stiprumo savybes, kurios kitaip gali būti prarastos dėl pernelyg didelės šiluminės apkrovos.

Lazerio parametrų optimizavimas: taško dydis, impulsų trukmė ir realaus laiko grįžtamasis ryšys sub-50 µm termiškai paveiktai zonai

Kaitinimo paveiktų zonų, mažesnių nei 50 µm, kūrimas reikalauja tiksliai sureguliuoti pagrindinius parametrus:

• Spalvos dydis : Mažas kaip 20 µm leidžia suvirinti plauko storio laidus
• Impulso trukmė : Nanosekundės trukmės impulsai neleidžia kauptis šilumai sluoksniuotuose medžiagose
• Adaptyvus valdymas : Ašiniai stebėjimo įrenginiai per 5 ms sureguliuoja lazerio galią, aptikę paviršiaus nelygumus

Pažangūs sistemos pasiekia 0,03 mm HAZ titano aviacijos jutikliuose – žymiai mažiau nei 0,5 mm, būdinga įprastoms metodikoms. Toks tikslumas, pagal pramonės atvejų tyrimus, 92 % mikrosujungimo taikymų pašalina būtinybę po suvirinimo apdoroti mechaniniu būdu

Automatizavimu paremta stabilumas: tvirtinimo įrenginiai, vaizdo valdymas ir kartojamumas mikrosuvirinimui

Submikroninė padėties tikslumas dėka integruoto vaizdo pagalba valdomo judėjimo ir adaptyvaus spaustukų

Nuolatiniai rezultatai mikrosuvirinime reiškia vargynančių žmogaus kintamųjų pašalinimą perėjus prie automatizacijos. Šiuolaikinės vaizdo valdomos sistemos skenuoja komponentus judėjimo metu, tikslindamos lazerio trajektorijas iki pusės mikrometro tikslumu. Toks tikslumas yra labai svarbus dirbant su jautriais objektais, tokiiais kaip medicininiai laidai ar puslaidininkių jungtys, kur net menkiausios klaidos gali sukelti katastrofą. Fiksavimo įrenginiai taip pat nėra statūs – jie iš tiesų prisitaiko, kai detalės šyla suvirinimo metu, kompensuodami neišvengiamą išsiplėtimą. Visi šie elementai veikia kartu taip, kad energija būtų tiekiama patikimai, net jei tarp detalių yra nedideli skirtumai. Realios sąlygos bandymai parodė, kad uždarojo ciklo sistemos padeda sumažinti padėties poslinkį apie 92 % lyginant su tuo, ko gali pasiekti žmonės dirbdami rankiniu būdu, todėl daugybė tikslumą reikalaujančių elektronikos gamintojų jau pereina prie tokių sprendimų. Kai optinis atgalinis ryšys tinkamai sinchronizuojamas su įrankių reakcija, gaunamos tokios pat identiškos sujungimo vietos, tiek išvaizda, tiek našumu, kiekvieną kartą, be rizikos pažeisti dėl netinkamo išlyginimo ar per didelio slėgio.

Realios sąlygos patvirtinimas: automatinio lazerinio suvirinimo mašinų taikymas medicinoje ir elektronikoje

Automatinio lazerinio suvirinimo mašinos galimybės tiesiogiai atsispindi aukšto rizikos gamybos srityse – medicinoje ir elektronikoje, kur reikalingas mikronų tikslumas, o jo neatitikimas nepriimtinas.

Atvejo analizė: 0,1 mm nerūdijančio plieno medicininio jutiklio korpuso suvirinimas

Medicinos prietaisų gamintojas sėkmingai užsandarino 0,1 mm storio nerūdijančio plieno jutiklių korpusus naudodamas impulsinio lazerio parametrus, pasiekdamas visiškai hermetiškus sujungimus be porų. Tai pašalino skysčių patekimą į implantuojamus įrenginius, išlaikant biologinę suderinamumą – tai patvirtino nulinė gedimų dažnis greitinio senėjimo bandymuose.

Tendencijų apžvalga: ultra trumpi impulso režimai (<100 ns), leidžiantys pasiekti <0,05 mm šilumos takos zoną titano mikrokomponentuose

Daugelis elektronikos gamintojų jau pradėjo naudoti impulsus, trumpesnius nei 100 nanosekundžių, suvirinant tokias detalės kaip titano baterijų kontaktai ir mažyčiai neuroniniai zondai. Šie trumpi impulsai sukuria šilumos paveiktas zonas (HAZ), mažesnes nei 0,05 milimetro. Iš tikrųjų tai yra gana svarbu, nes tai neleidžia atšaldytoms medžiagoms suminkštėti proceso metu, todėl mažos jungtys išlieka pakankamai stiprios, kad atlaikytų apkrovas. Sistema taip pat realiuoju laiku stebi temperatūrą ir koreguoja tiekiamos energijos kiekį priklausomai nuo sąsajos formos. Toks požiūris leido pasiekti apie 99,8 procentų sėkmingų rezultatų pirmą kartą montuojant tankiai supakuotus spausdintinius grandynus. Šioje srityje taip pat pastebėjome didelį augimą – priėmimo rodikliai kasmet didėja apie 40 procentų, kai vis daugiau įmonių atsisako tradicinės varžos suvirinimo technologijos ir perėina prie šių lazerinių sprendimų savo delikatesniems mikroelektronikos komponentams.

DUK

K1: Kodėl automatinis lazerinis suvirinimas yra geresnis delikatesnėms detalėms?

A1: Automatinis lazerinis suvirinimas yra geresnis delikatusiems komponentams, nes jis gali sutelkti energiją labai mažuose plotuose, sumažindamas terminę įtampą ir neleisdamas pažeisti plonų ar jautrių medžiagų.

K2: Kaip skiriasi lazerinis suvirinimas nuo tradicinių suvirinimo metodų?

A2: Lazerinis suvirinimas skiriasi nuo tradicinių metodų tuo, kad naudoja fotoninę energijos perdavimo technologiją, išvengiant tiesioginio kontakto ir susijusios mechaninės įtampos. Tai daro jį idealų skirtingų metalų derinių sujungimui be užteršimo.

K3: Kokie yra pagrindiniai automatinio lazerinio suvirinimo pranašumai medicinos ir elektronikos gamyboje?

A3: Pranašumai apima didelį tikslumą ir tiksliumą, minimalias šilumos paveiktas zonas, sujungtų medžiagų stiprumo ir kokybės išsaugojimą bei gebėjimą medicinos prietaisuose formuoti hermetiškus ir biologiškai suderinamus sandariklius.