Технология лазерной зачистки проводов существует уже более 50 лет, но до сих пор остается нишевым решением. Первые CO2-лазеры были разработаны в 1960 году, и IBM не потребовалось много времени, чтобы адаптировать их для зачистки проводов. Технология была выдвинута NASA для использования в программе Space Shuttle в 1970-х и 80-х годах.
Доктор Пол Тейлор
Вопрос о том, использовать ли лазерный инструмент для зачистки, сродни вопросу о том, что стоит выбрать, молоток или отвертку. Это зависит от поставленной задачи. Лазерная технология не так универсальна, как механическая зачистка. Лезвия выполняют три основные функции. Они используются для подрезки изоляции, снятия ее, а также для резки провода. Лазер - это луч света, который может подрезать изоляцию, но не используется для ее снятия или перерезания провода (за редким исключением). Поэтому обычно зачистка лезвиями дешевле и функциональнее. Однако в некоторых случаях применение механической зачистки недопустимо. И тогда есть смысл посмотреть в сторону лазера.
Есть несколько причин, по которым лазеры могут стать отличным выбором. Лазеры разрезают изоляцию, но отражаются от металлических проводников. Это технология с самоограничением, исключающая подрез жилы. Лазеру не важны такие параметры как форма провода и материал изоляции. Лазер не требует расходных материалов, типа лезвий, а жесткие материалы, такие как стекловолокно, зачищаются с легкостью. Лазеры также практичны в случаях, когда диаметр проводников очень мал, например, толщиной с волос; или там, где изоляция приклеена к жиле и при зачистке лезвиями потребовалось бы осуществлять соскабливание или шлифование. Цвет изоляции не имеет значения, поскольку всякий полимер будет поглощать свет, а металл будет отражать его. Короче говоря, лазеры гарантируют повторяемость процесса.
Лазеры можно использовать либо для прорезывания щели в изоляции, либо для полного испарения материала. Последнее обычно непрактично, поскольку отнимает много времени и, как правило, оставляет осадок от изоляции. Потенциально это может стать проблемой для дальнейшей обжимки или пайки. Как упоминалось ранее, в некоторых случаях приклеенная изоляция может потребовать полного удаления, например, покрытые лаком или пропитанные полиамидом провода, широко применяемые в статорных узлах двигателей почти всегда требуют полного испарения изоляционного лака.
Чаще всего для проводов с полимерной изоляцией является прохождение света по проводу сверху и снизу с достаточной интенсивностью, чтобы прожечь кольцо на 360 °, позволяющее снять изоляцию (рисунок 1).
Однако бывают задачи, когда небольшое количество остатков является проблемой, и тогда требуются лазеры с разными углами наклона. Кроме того, для проводов больших размеров может потребоваться другой способ зачистки, но, как правило, для проводов менее 0,25 дюйма хорошо работает решение с двумя лазерами.
По методу способа передачи луча на провод лазеры подразделяются на: планшетные, роторные лазеры и лазерные сканеры Galvo. Самым простым и наиболее распространенным является планшетный (наподобие сканера для документов), кабели помещаются в приспособление типа пластины, а затем кассета вставляется в устройство. Машина оснащена двумя лазерами сверху и снизу, которые перемещаются по плоскости XY, рисуя насечки для зачистки.
В этом методе хорошо то, что направленные вверх и вниз лучи хорошо перекрываются. Однако такие лазеры могут использоваться только для поперечной подрезки или разрезания и не могут использоваться для удаления материала большой площади. Кроме того, на кабеле большого диаметра может оставаться значительное количество остатков на сторонах, где лазерный луч не фокусируется ввиду отражения от жилы (рисунок 2).
Для проводов большого диаметра лучше всего использовать вращающийся лазер, в котором оптика движется по кругу вокруг кабеля (рис. 3).
Такой способ подачи луча отлично подходит для круглых проводов любого диаметра.
Сканеры Galvo используют высокоскоростные зеркала с приводом для направления лазерного луча через линзу (рис. 4).
Зеркала установлены на приводах гальванометров, направляющих луч на рабочее пространство. С помощью зеркал лучи света можно очень быстро перемещать под любым углом, и их можно использовать для рисования или разметки. Лазеры Galvo являются наиболее универсальными в этом отношении и отлично подходят там, где провода расположены под разными углами. Недостатком является то, что зеркала должны быть относительно близко к порту, что ограничивает размер провода и площадь резки (обычно 6-12 кв. см).
На что стоит обратить внимание
Есть несколько ключевых моментов, на которые следует обратить внимание при использовании лазерных устройств для зачистки проводов. Во-первых, как упоминалось ранее, это проблема остатков в областях, где лазер может потерять фокус, например, в области по периферии на кабелях больших диаметров (рисунок 2). Так же проблемой является зачистка экранированных проводов. Если экранирование провода непрерывное, как в случае с фольгой, луч будет просто отражаться, и проблем не возникнет. Но когда экранирование плетеное, существует вероятность проникновения лазера в крошечные отверстия и повреждения последующих слоев изоляции. Как правило, оплетка должна иметь покрытие не менее 80%, чтобы сделать применение лазера возможным.
Лазеры не могут отличить один тип полимера от другого, поэтому, если нет существенной разницы в свойствах материалов, лазеры, как правило, плохо справляются с многоступенчатой зачисткой.
Выбор спектра
Выбор цветового спектра лазера зависит от поставленной задачи. На рисунке 5 показано, что лазеры в ультрафиолетовом диапазоне испаряют все материалы, тогда как большинство металлов режутся в инфракрасном диапазоне.
Дальнее инфракрасное излучение - лучшая часть спектра для зачистки проводов, поскольку в этом диапазоне изоляция поглощает свет, а металл нет.
На рисунке 6 показано, как количество света в единицу времени влияет на функциональность лазера. Непрерывные лазеры, наподобие лазерной указки, остаются включенными постоянно.
Импульсные лазеры аналогичное количество световой энергии сжимают в короткий мощный импульс. Импульсные лазеры работают медленнее, но с большей скоростью. В работе непрерывного лазера присутствует фактор времени, поскольку скорость его перемещения по проводу может варьироваться в зависимости от типа или толщины снимаемого или испаряемого материала.
Безопасность
Сами по себе лазеры небезопасны. Все лазеры, используемые для зачистки проводов, относятся к классу 4 и вызывают слепоту и повреждение кожи. Лучший способ безопасного внедрения лазеров в промышленную среду - поместить их в корпус определенного типа. Свет не может вырваться, и все в безопасности. Проблема в том, что коробка должна быть открыта для часть операции. Лучше всего иметь как минимум два способа остановки лазера, поэтому большинство промышленных машин оснащены дверными выключателями и шторками для предотвращения несчастных случаев.
Зачистка проводов с помощью лазеров образует пары, которые также представляют угрозу для здоровья. Во-первых, образующиеся газы могут быть ядовитыми. Например, при горении изоляции из ПВХ образуется хлористый водород. Кроме того, эти газы могут также содержать мелкие частицы, которые являются абразивами в легких. Наличие вытяжки необходимо.
Сотрудники ПРОТЕХ не только подберут оптимальное решение по обработке провода под вашу задачу, но и отработают технологию непосредственно на вашем изделии, вплоть до сдачи ОТК или Заказчику.