Forfatter: Jessica Schober, Dmitry Badyukov, Malte Hemmerich,Novanta Applications Laboratory
Hårnåler spiller en viktig rolle når man produserer statorer for elektriske motorer og generatorer. Hårnålen er en rektangulær kobbertråd belagt med et organisk isolasjonslag, som har fordelene med høyere spaltefyllingshastighet og motoreffektivitet sammenlignet med runde og fleksible isolerte kobbertråder. Imidlertid er hårnålsspolen relativt tykk, noe som gir utfordringer for tradisjonell viklingsteknologi og stripping av isolasjonsmaterialer. I tillegg kreves omfattende sveisearbeid for å feste hårnålene etter statormontering.
For å oppnå effektiv og høykvalitets lodding av hårnålsender må kobbertrådoverflaten være ren og fri for rester. Renheten til hårnålsoverflaten påvirker direkte sveisekvaliteten og motorens generelle ytelse. Derfor må en svært viktig prosess brukes i hårnålsproduksjonsprosessen - stripping av hårnålsisolasjonslag for å fjerne isolasjonen eller porselensmaterialet på den rektangulære kobberprofilen. Novanta samarbeider med mange industriledere i fjerningsprosessen for hårnålsisolasjon. Påføringskrav inkluderer vanligvis stripping av ca. 30 mm av alle fire sider av en rektangulær kobberprofil som måler ca. 3 mm x 1,5 mm og hårnålsisolasjon. Strippingsprosessen må fullføres innen en kort prosesseringssyklus, vanligvis mindre enn 1,5 sekunder.
Materiale og bølgelengde
For å bestemme den beste metoden for hårnålsisolasjonstrippingprosess, var det nødvendig med en grundig analyse av materialet og dets absorpsjonsspektrum for de industrielle laserbølgelengdene som var tilgjengelige på markedet. Vanlige isolasjonsmaterialer i hårnåler inkluderer organiske kompositter som polyamid (PA), polyeter (PE) og polyimid (PI), basert på rent kobber. Målet med denne prosessen er å effektivt fjerne hele det organiske isolasjonslaget og samtidig sikre at det ikke blir skadet på underlaget.
Gjennom analyse fant vi at det organiske isolasjonslaget viser betydelige absorpsjonsegenskaper ved lengre bølgelengder innenfor det fjerninfrarøde spekteret. Derfor mener vi at CO₂-lasere er den beste løsningen forfjerning av isolasjon fra kobbertråder. Våre Synrad CO₂-lasere er tilgjengelige i 9,3 μm, 10,2 μm og 10,6 μm bølgelengdealternativer, og gir en rekke spektralområder som samsvarer med absorpsjonskurvene til forskjellige isolasjonsmaterialer. I tillegg viser disse laserne høy reflektivitet på rene kobbersubstrater, og sikrer effektiv fjerning av isolerende lag samtidig som risikoen for misfarging eller overflatemodifisering minimeres.
Selv om CO₂-lasere effektivt kan fjerne de fleste isolasjonsmaterialer, kan en tynn rest på 1-2μm tykkelse forbli på den reflekterende kobberoverflaten, som ikke effektivt kan fjernes med langt infrarød stråling alene. Derfor bruker vi en laveffekt nanosekund fiberlaser i det andre prosesstrinn for å sikre fullstendig fjerning av dette gjenværende laget. Fiberlaseren har bedre absorpsjonsegenskaper i underlaget, noe som muliggjør grundig eksfoliering samtidig som den beskytter kobberoverflaten mot overdreven oppvarming og overflatemodifikasjoner.
Mens alternative metoder som laserablasjon ved bruk av flere kortpulslasere eller en enkelt, kraftigere fiberlaser er tilgjengelige for å fjerne isolasjonslaget, gir vår totrinnsprosess enestående fordeler når det gjelder effektivitet, kvalitet og prosesseringshastighet.
Selve ablasjonsprosessen til førstnevnte kan vanligvis ikke oppfylle hastighetskravene og kan ikke skille mellom isolasjonsmaterialet og underlaget; på den annen side vil bruk av en enkelt sterkere fiberlaser føre til mer alvorlig termisk skade og overflatemodifisering av underlaget.
I tillegg krever begge alternativene en høyere investering i laserkilden, så to-trinnsmetoden forblir en ideell løsning for hårnålsisolasjonsstrippingsprosessen, for å oppnå en god balanse mellom effektivitet, kvalitet og kostnadseffektivitet.
