Författare: Jessica Schober, Dmitry Badyukov, Malte Hemmerich,Novanta Applikationer Laboratorium
Hårnålar spelar en viktig roll vid tillverkning av statorer för elmotorer och generatorer. Hårnålen är en rektangulär koppartråd belagd med ett organiskt isoleringsskikt, vilket har fördelarna med högre slitsfyllnadshastighet och motoreffektivitet jämfört med runda och flexibla isolerade koppartrådar. Hårnålsspolen är dock relativt tjock, vilket innebär utmaningar för traditionell lindningsteknik och borttagning av isoleringsmaterial. Dessutom krävs omfattande svetsarbete för att fästa hårnålarna efter statormontering.
För att uppnå effektiv och högkvalitativ lödning av hårnålsändar måste koppartrådens yta vara ren och fri från rester. Hårnålsytans renhet påverkar direkt svetskvaliteten och motorns totala prestanda. Därför måste en mycket viktig process användas i hårnålstillverkningsprocessen - hårnålsisoleringsskiktstrippning för att ta bort isoleringen eller porslinsmaterialet på den rektangulära kopparprofilen. Novanta samarbetar med många branschledare inom hårnålsisoleringsprocessen. Applikationskraven inkluderar vanligtvis borttagning av cirka 30 mm av alla fyra sidor av en rektangulär kopparprofil som mäter cirka 3 mm x 1,5 mm och hårnålsisolering. Avdragningsprocessen måste slutföras inom en kort bearbetningscykel, vanligtvis mindre än 1,5 sekunder.
Material och våglängd
För att bestämma den bästa metoden för hårnålsisoleringstrippningprocess, var en djupgående analys av materialet och dess absorptionsspektrum för de industriella laservåglängder som finns tillgängliga på marknaden nödvändig. Vanligt använda isoleringsmaterial i hårnålar inkluderar organiska kompositer som polyamid (PA), polyeter (PE) och polyimid (PI), baserade på ren koppar. Målet med denna process är att effektivt ta bort hela det organiska isoleringsskiktet samtidigt som det inte säkerställs att underlaget skadas.
Genom analys fann vi att det organiska isoleringsskiktet uppvisar betydande absorptionsegenskaper vid längre våglängder inom det långt infraröda spektrumet. Därför tror vi att CO₂-lasrar är den bästa lösningen förta bort isolering från koppartrådar. Våra Synrad CO₂-lasrar finns tillgängliga i 9,3 μm, 10,2 μm och 10,6 μm våglängdsalternativ, vilket ger en mängd olika spektralområden som överensstämmer med absorptionskurvorna för olika isoleringsmaterial. Dessutom uppvisar dessa lasrar hög reflektivitet på rena kopparsubstrat, vilket säkerställer effektiv borttagning av isolerande skikt samtidigt som risken för missfärgning eller ytmodifiering minimeras.
Även om CO₂-lasrar effektivt kan ta bort de flesta isoleringsmaterial, kan en tunn rest av 1-2μm tjocklek finnas kvar på den reflekterande kopparytan, som inte effektivt kan avlägsnas med enbart fjärrinfraröd strålning. Därför använder vi en lågeffekt nanosekund fiberlaser i det andra processsteget för att säkerställa fullständig borttagning av detta restlager. Fiberlasern har bättre absorptionsegenskaper i substratet, vilket möjliggör grundlig exfoliering samtidigt som den skyddar kopparytan från överdriven uppvärmning och ytmodifiering.
Medan alternativa metoder som laserablation med flera kortpulslasrar eller en enda kraftfullare fiberlaser finns tillgängliga för att ta bort isoleringsskiktet, erbjuder vår tvåstegsprocess enastående fördelar när det gäller effektivitet, kvalitet och bearbetningshastighet.
Den faktiska ablationsprocessen av den förra kan vanligtvis inte uppfylla hastighetskraven och kan inte skilja mellan isoleringsmaterialet och substratet; å andra sidan kommer användning av en enda starkare fiberlaser att medföra allvarligare termisk skada och ytmodifiering på substratet.
Dessutom kräver båda alternativen en högre investering i laserkällan, så tvåstegsmetoden förblir en idealisk lösning för hårnålsisoleringsprocessen, för att uppnå en bra balans mellan effektivitet, kvalitet och kostnadseffektivitet.
