Autore: Jessica Schober, Dmitry Badyukov, Malte Hemmerich,Laboratorio Applicazioni Novanta
Le forcine svolgono un ruolo fondamentale nella produzione di statori per motori elettrici e generatori. La forcina è un filo di rame rettangolare rivestito con uno strato isolante organico, che presenta i vantaggi di un tasso di riempimento delle fessure e di un'efficienza del motore più elevati rispetto ai fili di rame isolati rotondi e flessibili. Tuttavia, la bobina a forcina è relativamente spessa, il che pone sfide alla tradizionale tecnologia di avvolgimento e alla rimozione dei materiali isolanti. Inoltre, è necessario un ampio lavoro di saldatura per fissare le forcine dopo l'assemblaggio dello statore.
Per ottenere una saldatura efficiente e di alta qualità delle estremità delle forcine, la superficie del filo di rame deve essere pulita e priva di residui. La pulizia della superficie della forcina influisce direttamente sulla qualità della saldatura e sulle prestazioni complessive del motore. Pertanto, è necessario utilizzare un processo molto importante nel processo di produzione delle forcine: la rimozione dello strato isolante delle forcine per rimuovere l'isolamento o il materiale in porcellana sul profilo rettangolare in rame. Novanta collabora con molti leader del settore nel processo di rimozione dell'isolamento a forcina. I requisiti applicativi in genere includono la rimozione di circa 30 mm da tutti e quattro i lati di un profilo di rame rettangolare che misura circa 3 mm x 1,5 mm e l'isolamento a forcina. Il processo di rimozione deve essere completato entro un breve ciclo di elaborazione, in genere inferiore a 1,5 secondi.
Materiale e lunghezza d'onda
Per determinare il metodo migliore per l'isolamento del tornantespogliamentoprocesso, si è resa necessaria un’analisi approfondita del materiale e del suo spettro di assorbimento per le lunghezze d’onda dei laser industriali disponibili sul mercato. I materiali isolanti comunemente utilizzati nelle forcine includono compositi organici come poliammide (PA), polietere (PE) e poliimmide (PI), a base di rame puro. L'obiettivo di questo processo è rimuovere efficacemente l'intero strato isolante organico garantendo al contempo l'assenza di danni al substrato.
Attraverso l'analisi, abbiamo scoperto che lo strato isolante organico presenta proprietà di assorbimento significative a lunghezze d'onda maggiori nello spettro del lontano infrarosso. Pertanto, riteniamo che i laser a CO₂ siano la soluzione migliore perrimozione dell'isolamento dai fili di rame. I nostri laser a CO₂ Synrad sono disponibili con lunghezze d'onda da 9,3μm, 10,2μm e 10,6μm, fornendo una varietà di intervalli spettrali coerenti con le curve di assorbimento di diversi materiali isolanti. Inoltre, questi laser mostrano un'elevata riflettività sui substrati di rame puro, garantendo un'efficace rimozione degli strati isolanti e riducendo al minimo il rischio di scolorimento o modifica della superficie.
Sebbene i laser a CO₂ possano rimuovere efficacemente la maggior parte dei materiali isolanti, sulla superficie riflettente del rame può rimanere un sottile residuo dello spessore di 1-2μm, che non può essere rimosso efficacemente dalla sola radiazione infrarossa lontana. Pertanto, nella seconda fase del processo utilizziamo un laser a fibra a nanosecondi a bassa potenza per garantire la rimozione completa di questo strato residuo. Il laser a fibra ha migliori proprietà di assorbimento nel substrato, consentendo un'esfoliazione completa e proteggendo al contempo la superficie del rame dal riscaldamento eccessivo e dalla modifica superficiale.
Mentre per rimuovere lo strato isolante sono disponibili metodi alternativi come l’ablazione laser che utilizza più laser a impulsi brevi o un singolo laser a fibra più potente, il nostro processo in due fasi offre vantaggi eccezionali in termini di efficacia, qualità e velocità di elaborazione.
L'effettivo processo di ablazione del primo solitamente non riesce a soddisfare i requisiti di velocità e non riesce a distinguere tra il materiale isolante e il substrato; d'altro canto, l'utilizzo di un singolo laser a fibra più potente comporterà danni termici e modifiche superficiali più gravi al substrato.
Inoltre, entrambe le alternative richiedono un investimento maggiore nella sorgente laser, quindi il metodo in due fasi rimane una soluzione ideale per il processo di spelatura dell’isolamento a forcina, raggiungendo un buon equilibrio tra efficienza, qualità ed efficienza dei costi.
