Tác giả: Jessica Schober, Dmitry Badyukov, Malte Hemmerich,Phòng thí nghiệm ứng dụng Novanta
Kẹp tóc đóng vai trò quan trọng khi sản xuất stator cho động cơ điện và máy phát điện. Kẹp tóc là một dây đồng hình chữ nhật được phủ một lớp cách điện hữu cơ, có ưu điểm là tốc độ lấp đầy khe và hiệu suất động cơ cao hơn so với dây đồng cách điện tròn và dẻo. Tuy nhiên, cuộn dây kẹp tóc tương đối dày, đặt ra thách thức đối với công nghệ cuộn dây truyền thống và việc tước bỏ vật liệu cách nhiệt. Ngoài ra, cần phải hàn rộng rãi để gắn các kẹp tóc sau khi lắp ráp stato.
Để hàn các đầu kẹp tóc hiệu quả và chất lượng cao, bề mặt dây đồng phải sạch và không có cặn. Độ sạch của bề mặt kẹp tóc ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối hàn và hiệu suất tổng thể của động cơ. Vì vậy, một quy trình rất quan trọng cần được sử dụng trong quy trình sản xuất kẹp tóc - tước lớp cách nhiệt kẹp tóc để loại bỏ lớp cách nhiệt hoặc vật liệu sứ trên mặt cắt đồng hình chữ nhật. Novanta làm việc với nhiều công ty hàng đầu trong ngành về quy trình tước lớp cách nhiệt của kẹp tóc. Các yêu cầu ứng dụng thường bao gồm tước khoảng 30 mm ở cả bốn cạnh của một tấm đồng hình chữ nhật có kích thước khoảng 3 mm x 1,5 mm và lớp cách nhiệt bằng kẹp tóc. Quá trình tước cần phải được hoàn thành trong chu kỳ xử lý ngắn, thường dưới 1,5 giây.
Vật liệu và bước sóng
Để xác định phương pháp cách nhiệt tốt nhất cho kẹp tóclột bỏquá trình này, việc phân tích chuyên sâu về vật liệu và phổ hấp thụ của nó đối với các bước sóng laser công nghiệp hiện có trên thị trường là cần thiết. Vật liệu cách điện thường được sử dụng trong kẹp tóc bao gồm các vật liệu tổng hợp hữu cơ như polyamide (PA), polyether (PE) và polyimide (PI), dựa trên đồng nguyên chất. Mục tiêu của quá trình này là loại bỏ hiệu quả toàn bộ lớp cách nhiệt hữu cơ mà vẫn đảm bảo không làm hỏng lớp nền.
Qua phân tích, chúng tôi nhận thấy lớp cách điện hữu cơ thể hiện đặc tính hấp thụ đáng kể ở bước sóng dài hơn trong phổ hồng ngoại xa. Vì vậy, chúng tôi tin rằng laser CO₂ là giải pháp tốt nhất choloại bỏ lớp cách điện khỏi dây đồng. Laser Synrad CO₂ của chúng tôi có sẵn với các tùy chọn bước sóng 9,3μm, 10,2μm và 10,6μm, cung cấp nhiều dải phổ phù hợp với đường cong hấp thụ của các vật liệu cách điện khác nhau. Ngoài ra, những tia laser này thể hiện độ phản xạ cao trên nền đồng nguyên chất, đảm bảo loại bỏ hiệu quả các lớp cách điện đồng thời giảm thiểu nguy cơ đổi màu hoặc biến đổi bề mặt.
Mặc dù tia laser CO₂ có thể loại bỏ hầu hết các vật liệu cách điện một cách hiệu quả, nhưng cặn mỏng có độ dày 1-2μm có thể vẫn còn trên bề mặt đồng phản chiếu và không thể loại bỏ hiệu quả chỉ bằng bức xạ hồng ngoại xa. Do đó, chúng tôi sử dụng laser sợi quang nano giây công suất thấp trong bước quy trình thứ hai để đảm bảo loại bỏ hoàn toàn lớp còn sót lại này. Laser sợi quang có đặc tính hấp thụ tốt hơn trong chất nền, cho phép tẩy da chết triệt để đồng thời bảo vệ bề mặt đồng khỏi nhiệt độ quá cao và biến đổi bề mặt.
Trong khi các phương pháp thay thế như cắt bỏ bằng laser sử dụng nhiều tia laser xung ngắn hoặc một tia laser sợi quang mạnh hơn hiện có sẵn để loại bỏ lớp cách nhiệt, quy trình hai bước của chúng tôi mang lại những ưu điểm vượt trội về hiệu quả, chất lượng và tốc độ xử lý.
Quá trình cắt bỏ thực tế trước đây thường không thể đáp ứng các yêu cầu về tốc độ và không thể phân biệt giữa vật liệu cách điện và chất nền; mặt khác, sử dụng một tia laser sợi quang mạnh hơn sẽ mang lại thiệt hại nhiệt nghiêm trọng hơn và biến đổi bề mặt cho chất nền.
Ngoài ra, cả hai phương án đều yêu cầu đầu tư nguồn laser cao hơn nên phương pháp hai bước vẫn là giải pháp lý tưởng cho quy trình tước lớp cách nhiệt kẹp tóc, đạt được sự cân bằng tốt giữa hiệu quả, chất lượng và hiệu quả chi phí.
