3c數碼電子類激光焊接_光纖傳輸激光焊接機，該技術產品目前已經大量應用于3C數碼電子類產品內部結構件焊接中。光纖傳輸激光焊接機是將高能激光束耦合進入光纖，遠距離傳輸后，通過準直鏡準直為平行光，再聚焦于工件上實施焊接的一種激光焊接設備。對焊接難以接近的部位，施行柔性傳輸非接觸焊接，具有更大的靈活性。光纖傳輸激光焊接機激光束可實現時間和能量上的分光，能進行多光束同時加工，為更精密的焊接提供了條件。

    光纖傳輸激光焊接機具有光束質量好，光斑細，安裝靈活等優(yōu)點。 3C數碼電子類光纖傳輸激光焊接機需要特別提出的是，光纖傳輸激光焊接機應用于3C數碼電子類產品中的一項關鍵的技術——實時能量負反饋技術。 能量負反饋技術就是把想要輸出的激光能量波形與實際輸出的能量波形實時進行比較以確定泵浦燈投入能量大小，進而控制輸出能量的方法。通過能量負反饋控制技術，可以將激光輸出能量精確控制在3%以內，同時解決了以下幾個導致激光輸出能量大范圍波動的問題：

    為了維持穩(wěn)定良好的加工狀態(tài)，減少產品不良率，就要求激光能量及其波形具有良好的重復性，而能量負反饋控制技術正是解決這一問題的有效手段。隨著激光技術的進一步發(fā)展，3c數碼電子類激光焊接設備應用將會越來越廣泛，激光技術將帶動該行業(yè)的集成化、高精密生產。

 LED燈作為第四代光源，具有節(jié)能、環(huán)保、長壽等優(yōu)點，此外， LED燈帶具有顯示效果好、裝飾美觀，因而被廣泛應用于家具、汽車、廣告、照明、輪船、酒吧等行業(yè)。

在實際制造中，LED燈帶上有規(guī)律地分布著LED燈，為了能讓貼在導線上的LED燈可以導電，需要將貼片位置上的油漆絕緣層剝除，露出銅線位，為后續(xù)貼片封裝做好準備。

LED燈帶市場需求高、生產量大，因此對燈帶導線的生產效率提出了很高的要求，目前采用激光處理手段剝除導線油漆絕緣層主要有填充剝除、抖動剝除兩種方式，下文對比了兩種剝除方式的效率差異。

一、實驗說明

LED燈帶導線繞在鋁管上，剝除導線上一定寬度的油漆絕緣層，露出銅線，在銅線位置貼上LED燈珠，將貼有燈珠的導線從鋁管上取出，封裝外殼，即可形成LED燈帶。

▲ 燈帶導線

▲ 剝除油漆層

▲ LED貼片處放大效果

二、實驗測試

1. 測試配置

2. 實驗結果

三、工藝分析

1. LED燈帶導線，采用填充方式，需兩次才可將導線表面油漆絕緣層剝除干凈；采用抖動方式，可一次性完成，效率提高0.5倍；

2. LED燈帶導線，采用抖動方式一次性剝除干凈，可實現流水線操作，提高生產效果；

3. 使用創(chuàng)鑫激光 50W聲光調Q脈沖光纖激光器，可實現大范圍（300x300mm）剝除干凈導線油漆絕緣層。

▲ 創(chuàng)鑫激光50W聲光調Q脈沖光纖激光器

激光打標機是用激光束在各種不同的物質表面打上永久的標記。打標的效應是通過表層物質的蒸發(fā)露出深層物質，或者是通過光能導致表層物質的化學物理變化而"刻"出痕跡，或者是通過光能燒掉部分物質，顯出所需刻蝕的圖案、文字。應用于電子元器件、集成電路(IC)、電工電器、手機通訊、五金制品、工具配件、精密器械、眼鏡鐘表、首飾飾品、汽車配件、塑膠按鍵、建材、PVC管材、醫(yī)療器械等行業(yè)。  

快速提高了激光打標的深度流程圖解

1、從激光的功率范圍上來說，提高激光的功率將會直接提高了激光打標的深度。但是這一點一定要記住的是，一旦改變了激光的功率，其配套的激光電源，激光冷水機，激光調Q系統，激光用的腔鏡等可以面臨更換，成本上會增加不少，工作量也會增加。  

2、從激光本質上來說，優(yōu)化激光的光束質量，也會提高激光打標機力度和深度。這一方法是從產生激光的辦法上去處理的，比如在激光腔里動手腳，比如更換好的激光物質，激光晶體或者更換更高等級的氣體，更換質量更可靠穩(wěn)定的激光泵浦源，激光全反鏡和輸出鏡等措施。

3、從激光后續(xù)的光斑處理上來說，使用優(yōu)質的激光組，可以達到事半功倍的效果。比如來說，使用優(yōu)質的擴束鏡，使得光斑經其擴束后得好一個類似于高斯光束的完美光斑。使用優(yōu)質的F-∝場鏡，使得通過的激光有更好的光焦點力度，更佳的光斑。使用得在有效的幅面內光斑的能量更加的均勻。  

4、如果上述三種基本的方法都無法改變的情況下，可以通過更換焦距更短的場鏡來實現激光打標機打出更好的深度。

目前汽車車身焊接主要有電阻點焊、激光焊、MIG和MAG焊等方式，其中 激光焊接技 術主要用于車身不等厚板的拼焊和車身焊接。激光焊接主要用于車身框架結構的焊接，例如頂蓋與側圍的焊接。

激光焊接運用于汽車，可以降低車身重量從而達到省 油目的；提高車身的裝配精度，使車身剛度提升30%，從而提高了車身安全性；降低汽車車身制造過程中的沖壓和裝配成本，減少車身零件的數目，提高車身一體 化程度。

1、激光焊的架構

激光焊接應用采用激光作為焊接熱源，工業(yè)機器人作為運動系統。激光熱源的優(yōu)勢在于，它有著極高的加熱能力，能把大量的能量集中在很小的焊接點上，所以具有能量密度高、加熱集中、焊接速度快和焊接變形小等特點，可實現薄板的快速連接。

（1）激光源：用于激光焊接的激光源主要有CO2氣體激光源和YAG固體激光源兩種。激光源最重要的性能是輸出功率和光束質量。從這兩方面考慮，CO2激光源比YAG激光源具有更大優(yōu)勢，是目前深熔焊接主要采用的激光源。

（2）光導和聚焦系統：光導聚焦系統由圓偏振鏡、擴束鏡、反射鏡或光纖及聚焦鏡等組成，實現改變光束偏振狀態(tài)、方向、傳輸光束和聚焦的功能。這些光學零 件的狀況對激光焊接質量有極其重要的影響。在大功率激光作用下，光學部件，尤其是透鏡性能會劣化，使透過率下降，產生熱透鏡效應，同時表面污染也會增加傳 輸損耗。

（3）焊接機器人：由于激光熔焊、激光-MIG復合焊接技術方法的不同以及焊接接頭形式的不同，所以對焊接接頭的裝配精度要求 也不同。搭接焊縫的激光熔焊和角焊縫的激光釬焊可以采用普通的焊接機器人。對于對接焊縫的激光釬焊和激光焊必須采用區(qū)別于常規(guī)機器人的絞臂式焊接機器人， 通常設計焊縫自動跟蹤矯正系統。

（4）焊接夾具：可以保證激光焊接時所連接板材或總成的精確定位，保證焊縫間隙，防止焊接變形，從而提高激光焊接接頭的質量。

（5）激光焊接控制系統：控制系統主要包括焊接過程的視頻監(jiān)視系統、機器人的焊縫自動跟蹤系統和矯正系統、送絲控制系統等。對于不同的激光焊接方式，控制系統的組成也有所相同。激光熔焊無需送絲系統、焊縫自動跟蹤系統和運行軌跡矯正系統。

2、激光焊的優(yōu)勢

激光焊接的主要特點如下：

（1）熱量輸入很小、焊縫深寬比大，熱影響區(qū)小導致工件收縮和變形很小，無需焊后矯形；

（2）焊縫強度高、焊接速度快、焊縫窄且通常表面狀態(tài)好，免去焊后清理等工作；

（3）焊接一致性、穩(wěn)定性好一般不加填充金屬和焊劑，并能實現部分異種材料焊接；

（4）光束易于控制，焊接定位精確易于實現自動化；

（5）非接觸加工，不需對工件加壓和進行表面處理；

（6）焊點小、能量密度高、適合于高速加工；

（7）短時間焊接，既對外界無熱影響，又對材料本身的熱變形及熱影響區(qū)小，尤其適合加工高熔點、高硬度、特種材料；

（8）無加工噪音，對環(huán)境無污染；

（9）可通過光纖實現遠距離、普通方法難以達到的部位、多路同時或分時焊接；

（10）很容易改變激光輸出焦距及焊點位置；

（11）很容易搭載到自動機、機器人裝置上；

（12）與其它焊接工藝方法比較激光焊接的前期投資較大；

（13）被焊工件裝配精度高，相對而言對光束操控的精確性也有較高的要求；

（14）由于飛濺大，穿透焊的焊縫相對于釬焊更粗糙，但是強度比普通點焊要高很多。

3、激光焊的應用

應用于車身的激光焊接主要分為兩種方式：一種為熔焊，不需要填充物質，激光直接作用在工件表面上進行焊接；另一種為填充焊，即通常所說的釬焊，主要應用于汽車頂蓋的焊接。

3.1熔焊

根據激光束能量密度的大小，熔焊又可分為熱傳導焊和穿透焊。

（1）熱傳導焊

由于激光匯聚于一點時會產生相當高的溫度（與能量密度大小有關），當溫度達到1490℃時，鋼板就會熔化，利用此種熱效應進行焊接的方式為熱傳導焊，其 過程為：首先通過激光將工件表面加熱到熔點，金屬熔化后會形成一個半球形的熔池，熔池的半徑和深度慢慢增大，當吸收的激光能量與熔池向四周擴散的熱量達到 平衡時，熔池便不再擴大。

沿預定軌跡移動激光光束，熔池也隨之移動，熔池前方的金屬不斷熔化，后方的金屬冷卻，從而形成一條焊縫。熱傳導焊的優(yōu)點體現在焊 縫光滑且飛濺少，速度為1～3m/min，焊縫深度與寬度比小于1。此焊接方式多用于平板拼焊。

（2）穿透焊

在汽車白車身上，因為焊接鋼板有2～4層，厚度可達4mm，所以對焊縫的深度有更高的要求，此時熱傳導焊無法滿足工藝的要求，這就需要另一種焊接方式— 穿透焊，穿透焊具有速度快、熔深更深的特點，它對激光能量密度的要求遠高于熱傳導焊。

當激光作用于工件表面時，金屬迅速汽化（在2590℃鋼板就會汽化為 蒸汽），以蒸汽的形式擴散出熔池，并形成一個蒸汽通道，激光在通道內進行多次反射可以使金屬對激光能量的吸收率增加到75%，在這里稱之為“小孔效應”， 當產生的蒸汽壓力不足以擴散出熔池時，熔池便不再加深，形成一個穩(wěn)定的焊接狀態(tài)。

熔池經過的位置，在蒸汽通道周圍形成金屬熔液流動，使上下兩層板熔合在一 起，金屬冷卻后，便形成一條高強度焊縫。與熱傳導焊相比，穿透焊的優(yōu)勢在于其焊接深度更深、速度更快，對于4mm厚的低碳鋼板材，焊接速度可達 5m/min；而其缺點在于其將金屬迅速汽化后產生的大量飛濺容易損傷工件及加工設備。

3.2填充焊（釬焊）

另一種焊接方式為填充焊，此種方式并不熔化工件本身，而是利用激光的熱效應熔化焊絲，并將其填充到所需焊接的兩個工件之間，其優(yōu)點在于焊縫美觀，產生的 熱變形小，汽車頂蓋的焊接多采用此種方式。

汽車頂蓋激光釬焊技術是最早應用于車身加工的激光工藝，其原理為利用激光將焊絲（一般為銅硅合金）熔化并填充到 頂蓋與側圍工件的縫隙中，不但起到連接的作用還可以進行密封。穿透焊的過程與釬焊有所不同，激光在兩層鋼板上進行穿透焊接，無焊絲填充，機器人帶動鏡頭按 照預先編定的軌跡直接焊接，無需導向裝置。

穿透焊采用激光功率為4kW，遠高于釬焊。因為焊接中需要熔化工件，所以在焊縫的兩端需要設置功率斜坡，即在焊 接起始時，功率在30ms內從1kW線性增加至4kW，結束時功率在30ms內從4kW降到1kW。

這樣做的優(yōu)點在于避免在起弧和收弧時將鋼板焊穿，形成 小洞，從而影響焊接質量。激光源采用YAG連續(xù)型激光發(fā)生器，最高輸出可達4kW，由于焊絲的熔點相對鋼板要低，所以選擇激光的輸出功率范圍為 （1.8～2）kW，在熔化焊絲的同時，保證頂蓋和側圍不產生熱變形。

激光采用柔性的光纜傳輸，可以使激光發(fā)生器與焊接工位分開，避免設備受到損傷。根據 焊絲直徑的大小，在焊接端利用光學鏡頭改變激光聚焦的光斑大小使之相互匹配，如焊絲直徑為1.0mm，將激光聚焦的光斑直徑調整為1.2mm，使激光最大 限度地作用于焊絲上。

焊接過程中由機器人帶動自適應式焊接鏡頭，轉動軸帶動伸縮臂在水平方向上轉動，而伸縮臂自身可以在垂直方向移動。一般車身的激光焊縫 長達42m，保證了其整體尺寸的精確性、車身強度和剛性。采用激光釬焊的車頂只有一條細致平滑的焊縫，直接作為外表面以增加車身的流線視覺效果，而采用傳 統點焊工藝的車頂則有兩條橡膠密封條。

汽車白車身頂蓋激光自動焊接成套設備

如今激光焊接應用于汽車車身生產已經成為一種趨勢，采用激光焊接不僅可以降低車身重量、提高車身的裝配精度，同時還能大大加強車身的強度，在用戶享受舒 適的同時，為其提供更高的安全保障。

作為國內首套汽車白車身激光焊接成套設備，法利萊“轎車車身頂蓋激光焊接柔性生產線”打破了國外企業(yè)在該領域的壟斷地 位，填補了國內空白。經過多年技術攻關，目前已成功應用于多條整裝焊接生產線，焊接速度達4.8m/min，比世界上同類型設備快30%，但價格卻比國外 同類型生產線低40%，大大降低了整機制造成本，提高了民族品牌汽車的國際競爭力。

3D打印技術能夠通過降低模具成本，減少材料，減少裝配，減少研發(fā)周期等優(yōu)勢來降低企業(yè)制造成本，提高生產效益。那么，是不是將原有的設計思維和對于制造成本的管控方式直接挪到3D打印這種增材制造方式中來就可以發(fā)揮出3D打印的優(yōu)勢了呢? 面對3D打印技術，企業(yè)是緊盯3D打印對制造成本的影響，還是放眼全局?

本期，3D科學谷將結合美國大型3D打印服務企業(yè)Proto Labs的應用工程師所總結的增材制造六個設計要素，來剖析如何才能夠減少3D打印帶來的額外制造成本，更好的發(fā)揮3D打印在降低企業(yè)制造成本和提高綜合效益方面的優(yōu)勢。

--1. 優(yōu)化設計

精心設計的3D打印零件遵循的許多原則與注塑成型相似，比如說：在相鄰表面之間使用漸變過渡;避免橫截面積和零件體積之間的差異巨大的情況;避免出現在成品工件上產生殘留應力的尖角;無支撐的薄壁結構不能過高，否則會出現翹曲。

--2.拋棄傳統

典型的3D打印零件往往帶有仿生設計，比如說蜂窩結構或復雜點陣結構。不要害怕在設計時使用這種結構，只要它們能夠創(chuàng)造出更輕、更堅固的部件。

圖片來源：雷尼紹

不必忌諱在設計中使用孔狀結構，因為通過傳統制造方式在零件中鉆孔無形中增加了材料的浪費，從而導致成本上升。

但應注意的是，在增材制造時，尤其是選區(qū)激光熔融金屬3D技術制造圓孔時需綜合考慮是否添加孔洞的支撐結構以及下表面可能會出現的變形情況，有些情況下，考慮采用淚滴形或六角形等孔形結構來代替圓孔是更好的設計方式。

--3.綜合考慮零件大批量生產時的制造方式

3D打印技術能夠實現自由造型，為零件設計創(chuàng)新帶來了很大空間，比如說3D打印技術可以制造出具有很多孔洞結構的零件，但這并不意味著一定要這樣來設計零件。

這是由于，很多企業(yè)認識到3D打印技術能夠勝任零部件小批量生產，但是一旦企業(yè)所需要的產量大量上升時，仍需要考慮轉換成機械加工、鑄造等傳統工藝，在這種情況下，設計師需要在設計早期就綜合考慮零件將來投入量產時所采用的制造工藝是否也同樣能夠成功的實現出設計方案，從而在設計時做出權衡。

在設計周期早期進行可制造性(DFM)分析非常重要，做到這一點將確保企業(yè)在整個零件生命周期中實現具有成本效益的生產。

--4.減少打印后的二次操作

部分3D打印工藝中需要為打印零件添加支撐結構，以防止零件卷曲和翹曲，例如在使用選區(qū)激光熔融設備加工金屬零件時，通常需要為懸伸結構添加支撐;立體光固化(SLA)3D打印中，也存在著需要添加支撐結構的情況。

打印中形成的金屬支撐結構，在打印完成之后需要通過機加工等方式去除，塑料支撐結構需要通過手持磨砂機等方式加以去除。但不論是何種去支撐的方式，都會增加成本，延發(fā)制造周期。因此設計時應考慮通過改變設計、改變零件擺放的等方式來盡量避免為零件添加支撐結構。

--5.觀察公差

為了滿足金屬零部件對公差的要求，有時配合使用機械加工等二次加工工藝是必要的，但過度追求公差要求將會對3D打印零件的設計和制造產生影響，比如說為過度追求精度而增加打印層數，從而導致打印時間和打印成本增加。

采用恰當的設計策略，有時可以減少使用打印后處理工藝，比如說懸伸結構表面(下表層)，通常比垂直壁面和朝上表面的表面光潔度差，如果要生產具有最佳精度的細節(jié)特征，那么最好在設計時將這些特征定位在零件的上表層。

--6.顧全大局

雖然3D打印的材料成本、設備成本比成熟的傳統制造工藝高，但不要因此而望而卻步。

在進行3D打印零部件設計時，更應緊緊抓住3D打印技術在實現復雜輕量化結構，功能集成化零件方面的優(yōu)勢，盡可能激發(fā)3D打印在零部件設計優(yōu)化中所起到的作用。延伸閱讀：3D打印實現輕量化的四種途徑

也就是說，面對3D打印技術時如果僅關注這項技術對于制造成本的影響，而忽略掉全面考慮該技術在重塑產品設計和功能，以及重塑供應鏈方面的潛力，會使企業(yè)錯過3D打印創(chuàng)造的更多綜合效益。

溫馨提醒：用戶在選購冷水機時，請注意環(huán)保型與非環(huán)保型冷媒選擇。尤其用于出口時，注意出口國家是否要求環(huán)保冷媒。

冷水機機型眾多，功能齊全，目前使用的冷媒分別有：R22，R134A，R410A，R407C這幾款，除了R22為非環(huán)保冷媒外，其余均為環(huán)保型冷媒。

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一、冷媒的定義

冷媒又稱為制冷劑，在工業(yè)冷水機領域是制冷循環(huán)的工作介質，冷媒通過在蒸發(fā)器中汽化時吸熱，在冷凝器中凝結時放熱循環(huán)往復來達到制冷的目的。由于需求不同，冷媒的種類也不同，又因為不同的冷媒對環(huán)境有不同程度的危害，因此，冷媒有環(huán)保冷媒和非環(huán)保冷媒之分。

二、環(huán)保冷媒和非環(huán)保冷媒的區(qū)別

1、R-134a（四氟乙烷）環(huán)保型冷媒

R-134a是目前國際公認的替代R-12的主要制冷工質之一，常用于車用空調，商業(yè)和工業(yè)用制冷系統，以及作為發(fā)泡劑用于硬塑料保溫材料生產，也可以用來配置其他混合制冷劑，如 R-404A 和 R-407C 等。

主要用途：主要替代R-12 用作制冷劑，大量用于汽車空調、冰箱制冷。

產品包裝：鋼瓶包裝，13.6kg/瓶，400kg/瓶，1000kg/瓶，ISO TANK。

2、R-410A環(huán)保型冷媒

物化特性：常溫常壓下，R-410A是一種不含氯的氟代烷非共沸混合制冷劑，無色氣體，貯存在鋼瓶內是被壓縮的液化氣體。其ODP為0，因此R-410A是不破壞大氣臭氧層的環(huán)保制冷劑。

主要用途：R-410A主要用于替代R-22和R-502，具有清潔、低毒、不燃、制冷效果好等特點，大量用于家用空調、小型商用空調、戶式中央空調等。

產品包裝：鋼瓶包裝，11.3kg/瓶，400kg/瓶，1000kg/瓶，ISO TANK。

3、R-407C環(huán)保型冷媒

物化特性：常溫常壓下，R-407C是一種不含氯的氟代烷非共沸混合制冷劑，無色氣體，貯存在鋼瓶內是被壓縮的液化氣體。其ODP為0，因此R-407C是不破壞大氣臭氧層的環(huán)保制冷劑。

主要用途：R-407C 主要用于替代R-22，具有清潔、低毒、不燃、制冷效果好等特點，大量用于家用空調、中小型中央空調。

產品包裝：鋼瓶包裝，11.3kg/瓶，400kg/瓶，1000kg/瓶，ISO TANK。

4、R-22非環(huán)保型冷媒

R-22是使用最廣泛的中低溫制冷劑，主要應用于家用空調、商用空調、中央空調、移動空調、熱泵熱水器、除濕機、冷凍式干燥器、冷庫、食品冷凍設備、船用制冷設備、工業(yè)制冷、商業(yè)制冷，冷凍冷凝機組、超市陳列展示柜等制冷設備。二氟一氯甲烷也可用于生產聚四氟乙烯樹脂的原料和滅火劑1121的中間體，以及用于聚合物（塑料）物理發(fā)泡劑。

產品包裝：一次性鋼瓶包裝：13.6kg/瓶，22.7kg/瓶；可重復使用鋼瓶包裝（需回收包裝鋼瓶）：400kg/瓶，800kg/瓶。

三、為什么推薦使用環(huán)保冷媒

R-410A和R-407C環(huán)保型冷媒是目前為止國際公認的用來替代R-22最合適的冷媒，并在歐美，日本等國家得到普及，不僅環(huán)保，而且能提高冷水機性能。

1、環(huán)保型冷媒屬于低毒性，顯示不具燃燒傳播性。

2、環(huán)保型冷媒的臭氧層破壞系數為0，R22的臭氧層破壞系數為0.05。

3、使用環(huán)保型冷媒時，系統的總傳熱特性比R-22大，所以可改善系統效率，并且減少熱交換器的熱傳面積。

非環(huán)保型冷媒對臭氧層有破壞、并且存在溫室效應，因此在發(fā)達國家（歐盟、日本、美國），已經停止了在新空調、制冷設備上的初裝；中國目前對于R-22制冷劑的生產、初裝、以及再添加基本沒有限制。

四、要求環(huán)保冷媒的國家

由于不同國家對冷媒的要求均不相同，建議客戶出口的時候要提前詢問客戶當地冷媒政策?；\統的說，發(fā)達國家基本要求使用環(huán)保冷媒，如歐洲各國，發(fā)展中國家仍有使用非環(huán)保冷媒，但是也陸續(xù)出臺環(huán)保冷媒政策，如東南亞國家。詳情以客戶國家冷媒政策為準。

我國出臺的《國家環(huán)境保護總局辦公廳關于新擴改建中央空調器項目使用R-22作為工作介質有關問題的復函》（環(huán)辦函[2004]55號）中的有關規(guī)定：“按照《蒙特利爾議定書》有關規(guī)定，我國作為第五款國家（發(fā)展中國家）可以生產和使用R-22作為致冷劑到2040年，其間2016年將對生產實施凍結，凍結在2015年的水平，然后逐年淘汰，到2040年生產和消費降到零”。因此，現階段使用R-22冷媒是符合產業(yè)政策的。