Auteurs : Jessica Schober, Dmitry Badyukov, Malte Hemmerich,Laboratoire d'applications Novanta
Les épingles à cheveux jouent un rôle essentiel dans la production de stators pour moteurs et générateurs électriques. L'épingle à cheveux est un fil de cuivre rectangulaire recouvert d'une couche d'isolation organique, qui présente les avantages d'un taux de remplissage des fentes et d'une efficacité du moteur plus élevés par rapport aux fils de cuivre isolés ronds et flexibles. Cependant, la bobine en épingle à cheveux est relativement épaisse, ce qui pose des défis à la technologie de bobinage traditionnelle et au dénudage des matériaux isolants. De plus, d'importants travaux de soudage sont nécessaires pour fixer les épingles à cheveux après l'assemblage du stator.
Afin d'obtenir une soudure efficace et de haute qualité des extrémités en épingle à cheveux, la surface du fil de cuivre doit être propre et exempte de résidus. La propreté de la surface de l'épingle à cheveux affecte directement la qualité du soudage et les performances globales du moteur. Par conséquent, un processus très important doit être utilisé dans le processus de production des épingles à cheveux : le décapage de la couche d'isolation en épingle à cheveux pour enlever l'isolation ou le matériau en porcelaine sur le profilé en cuivre rectangulaire. Novanta travaille avec de nombreux leaders de l'industrie dans le processus de décapage d'isolant en épingle à cheveux. Les exigences d'application comprennent généralement le dénudage d'environ 30 mm des quatre côtés d'un profilé en cuivre rectangulaire mesurant environ 3 mm x 1,5 mm et une isolation en épingle à cheveux. Le processus de décapage doit être terminé dans un cycle de traitement court, généralement inférieur à 1,5 seconde.
Matériau et longueur d'onde
Afin de déterminer la meilleure méthode pour l’isolation en épingle à cheveuxdécapageprocessus, une analyse approfondie du matériau et de son spectre d’absorption pour les longueurs d’onde des lasers industriels disponibles sur le marché était nécessaire. Les matériaux isolants couramment utilisés dans les épingles à cheveux comprennent des composites organiques tels que le polyamide (PA), le polyéther (PE) et le polyimide (PI), à base de cuivre pur. Le but de ce procédé est d’éliminer efficacement toute la couche isolante organique tout en garantissant qu’aucun dommage au substrat.
Grâce à l'analyse, nous avons constaté que la couche isolante organique présente des propriétés d'absorption significatives à des longueurs d'onde plus longues dans le spectre infrarouge lointain. C'est pourquoi nous pensons que les lasers CO₂ constituent la meilleure solution pourenlever l'isolation des fils de cuivre. Nos lasers Synrad CO₂ sont disponibles dans des options de longueurs d'onde de 9,3 μm, 10,2 μm et 10,6 μm, offrant une variété de plages spectrales cohérentes avec les courbes d'absorption de différents matériaux isolants. De plus, ces lasers présentent une réflectivité élevée sur les substrats en cuivre pur, garantissant une élimination efficace des couches isolantes tout en minimisant le risque de décoloration ou de modification de surface.
Bien que les lasers CO₂ puissent éliminer efficacement la plupart des matériaux isolants, un mince résidu de 1-2 μm d'épaisseur peut rester sur la surface réfléchissante du cuivre, qui ne peut pas être efficacement éliminé par le seul rayonnement infrarouge lointain. Par conséquent, nous utilisons un laser à fibre nanoseconde de faible puissance dans la deuxième étape du processus pour garantir l’élimination complète de cette couche résiduelle. Le laser à fibre possède de meilleures propriétés d'absorption dans le substrat, permettant une exfoliation complète tout en protégeant la surface du cuivre d'un échauffement excessif et d'une modification de surface.
Bien que des méthodes alternatives telles que l'ablation laser utilisant plusieurs lasers à impulsions courtes ou un seul laser à fibre plus puissant soient disponibles pour éliminer la couche d'isolation, notre processus en deux étapes offre des avantages exceptionnels en termes d'efficacité, de qualité et de vitesse de traitement.
Le processus d'ablation réel du premier ne peut généralement pas répondre aux exigences de vitesse et ne peut pas faire la distinction entre le matériau isolant et le substrat ; d'un autre côté, l'utilisation d'un seul laser à fibre plus puissant entraînera des dommages thermiques et une modification de surface plus graves au substrat.
De plus, les deux alternatives nécessitent un investissement plus élevé dans la source laser, de sorte que la méthode en deux étapes reste une solution idéale pour le processus de dénudage en épingle à cheveux, obtenant un bon équilibre entre efficacité, qualité et rentabilité.
