激光剥线在医疗和电子行业的应用
发布时间:2015/8/19 访问人数:1044次
一般来说应该首先考虑封离式CO2激光器。CO2激光器波长为10,604nm,容易被所有聚合物吸收,所以不管使用什么绝缘材料,它都能很好地工作。此外,CO2激光器的波长不容易被金属吸收,所以当所有的绝缘材料被去除后,激光对裸露的导线基本不会有影响。这得以在满足所需绝缘体厚度的公差下完成剥皮过程,并提供一个大型的加工窗口。此外,CO2激光器是最具成本效益的激光器。图2展示了使用CO2激光器对聚酰亚胺导线进行剥线。
由于对材料的去除主要依赖于激光的热分解效应,所以如果导线直径小的话将引起热量输入的问题。这可能会导致导线变形或是绝缘材料过热,从而使得发生变色和形成毛刺。(当材料膨胀或抬起时会产生毛刺,而且毛刺会显著增加导线的整体外径。)
如果由于热量输入控制的问题而不能使用CO2激光器的话,那么接下来就应该考虑纳秒激光器,特别是波长为532nm和355nm的纳秒激光器。纳秒激光器产生的脉冲约为20ns,其去除导线绝缘材料时的热相互作用远远低于CO2激光器。它能用于直径较小的导线,或是要求边缘的轮廓很清晰、很少或没有毛刺的应用。图3展示了用纳秒激光器(355nm波长)剥线后的导线。
选择532nm还是355nm通常是根据绝缘材料来决定的,355nm波长能被更多的聚合物更好地吸收。如果将CO2激光器比作大型的氧乙炔炬,纳秒激光器就类似较小的、更精细的火炬,可以用来制作法式焦糖布丁。
请注意,普通的1070nm光纤激光器不能被大部分导线经常使用的绝缘材料很好地吸收,所以很少使用或考虑。
当对质量的要求特别高或是要求最小的热量输入时,我们需要考虑的选项是超快皮秒和飞秒激光器。这两种激光器产生的脉冲宽度非常短:皮秒是10-12s,飞秒是10-15s。脉冲如此之短使得没有时间将热量从加工区域传递给周围的材料。
这种所谓的“冷”加工能实现最佳的质量,但是这种高水平的质量需要付出代价。超快激光器的成本超过CO2激光器约25倍,并且是532/355nm纳秒激光器成本的5倍。它们比较适合用于价值非常高的产品或是那些需要非常精细的控制的极细导线(直径50μm)。
激光剥线系统
在医疗设备制造中,导线是生产线的一部分。它们通常都不是用卷绕式的机器来处理,而是用手动或自动加载设备来处理它们,可以一次处理所需长度的线材。
本来剥线钳可以旋转导线或使用多个剥线头来从固定的导线上去除绝缘材料。有时候是剥线的过程而不是生产环境决定了使用这些技术中的哪一种。一般来说都要对应用和生产进行很好的理解之后才能决定最佳的解决方案。
图4:用于剥线的激光烧蚀系统
图4展示了Amada Miyachi America公司最近开发的激光烧蚀系统,其中包括高速振镜光束控制设备和定制的导线喂入和旋转设备,可以实现精确和高重复性的导线定位。此外还包括几个拥有专利的功能,能管理烧蚀过程中的热量平衡;这些功能可以确保实现绝缘材料的干净去除,同时充分保护了精细的金属丝底材。
该解决方案还包括能移除烧蚀区域的粘性杂质(可能污染模具)的自洁设备。实际上,该系统具有双重清洗过程:激光本身的真空,还有高科技的“牙刷”能在每一次操作后机械地清洗工具。这种自洁功能让数以万计的导线只需要最短时间的定期维护就能正常运行。
使用激光器来进行剥线迈出了精细生产过程的关键一步。这种剥线工艺成功的关键在于对工艺本身的不断开发。
对于选择哪种激光器以及效果最好的去除方法,我们要做出正确的决定,因此,毫无疑问非常有必要在激光应用实验室测试一系列的选项,然后对于最终决定的系统解决方案,要在加工和执行过程中对其进行优化。