文/羅悉激光，Louise May

由于比標(biāo)準(zhǔn)電線和電纜更有優(yōu)勢(shì)，層壓式匯流排（busbars）和扁線現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、太陽(yáng)能和風(fēng)能系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心以及工業(yè)機(jī)械等領(lǐng)域的諸多現(xiàn)代配電系統(tǒng)中。

然而，在大規(guī)模生產(chǎn)中，使用這些導(dǎo)體的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是：需要一種高效精確的工藝來(lái)剝除匯流排絕緣層，露出導(dǎo)電部分，以確保電氣連接穩(wěn)定，電流傳輸暢通無(wú)阻。

本文將探討如何利用 CO2 激光器應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，以幫助不同行業(yè)或領(lǐng)域的客戶提升制造工藝，保持市場(chǎng)領(lǐng)先地位。

匯流排介紹

匯流排是一種用于高效電能傳輸?shù)膶?dǎo)體，通常采用扁平或矩形形狀設(shè)計(jì)，旨在提供更大表面積以減少能量損失。自20世紀(jì)30年代在北美推出以來(lái)，匯流排作為電纜的替代品，因其具有更高電力效率、更易安裝和更大靈活性，已成為電力分配系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，廣泛應(yīng)用于需要大電流傳輸?shù)膱?chǎng)合，并能提供更加穩(wěn)定高效的電力分配解決方案。

圖1：大型建筑配電架內(nèi)的1500A銅匯流排。

匯流排通常由銅或鋁制成。銅因其優(yōu)越的導(dǎo)電性能和耐用性，廣泛應(yīng)用于高功率電力傳輸。而鋁則更便宜更輕，因此在看中重量和成本的太陽(yáng)能、風(fēng)能和電動(dòng)汽車行業(yè)中尤為適用。

在高功率工業(yè)應(yīng)用中，匯流排需要承載1000~5000A的大電流，并提供低阻抗，以確保高效的電力傳輸。 在可再生能源系統(tǒng)中，匯流排同樣需要承載大量電流，以支持太陽(yáng)能電池板、風(fēng)力渦輪機(jī)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的電力需求。根據(jù)這些不同應(yīng)用的功率要求，匯流排的尺寸和長(zhǎng)度通常根據(jù)系統(tǒng)的功率需求量身定制。其標(biāo)準(zhǔn)尺寸通常為：長(zhǎng)度2~6m，寬度5~50cm，厚度6~20mm，具體尺寸會(huì)根據(jù)承載的電流負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整。

圖2：用于數(shù)據(jù)中心的匯流排。

圖3：太陽(yáng)能電池板中的多個(gè)匯流排。

在電動(dòng)汽車（EV）和混合動(dòng)力系統(tǒng)中，匯流排需要輕便，能夠承載100~800A的電流（具體取決于電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和電機(jī)的輸出）。電動(dòng)汽車制造過(guò)程中，匯流排一般以卷材形式供應(yīng)，類似傳統(tǒng)電纜，由于電動(dòng)汽車內(nèi)部空間狹小且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造商會(huì)根據(jù)實(shí)際需求將其切割和彎曲，以適應(yīng)車內(nèi)空間靈活布局，并確保電力的高效傳輸。

圖4：汽車電氣系統(tǒng)中的匯流排。

圖5：電動(dòng)汽車電池艙內(nèi)的匯流排。

匯流排量產(chǎn)面臨的挑戰(zhàn)

在電動(dòng)汽車、太陽(yáng)能和風(fēng)能系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心以及部分工業(yè)機(jī)械中，匯流排通常覆蓋有絕緣層。這種設(shè)計(jì)可以防止意外接觸，提升安全性，減少短路或電氣干擾的風(fēng)險(xiǎn)。但在匯流排與電氣元件的連接處，必須精確地去除接觸點(diǎn)的絕緣層，以確保電氣連接穩(wěn)定，電流傳輸暢通無(wú)阻，避免因接觸不良而導(dǎo)致的電流阻抗增大或電力系統(tǒng)故障。

在傳統(tǒng)行業(yè)中，剝漆是通過(guò)機(jī)械工具完成的，如刀具或?qū)Ｓ们懈钤O(shè)備，然而，這些方法可能存在一些問(wèn)題：剝漆不均勻，一致性差；機(jī)械刀具容易對(duì)基材表面造成損傷，影響其導(dǎo)電性能和增加故障風(fēng)險(xiǎn)；生產(chǎn)效率低下，尤其在需要頻繁更換刀具或細(xì)致調(diào)整時(shí)；在處理小面積或復(fù)雜形狀時(shí)存在局限性，無(wú)法提供足夠的精度和靈活度。

使用CO2 激光為匯流排高速剝漆

近年來(lái)，羅悉激光（Luxinar）在匯流排激光剝漆工藝方面取得了顯著進(jìn)展，針對(duì)這一工藝優(yōu)化的 CO2 激光器，提升了剝漆精度、效率和可靠性，滿足了汽車、電子和能源行業(yè)的應(yīng)用需求。

CO2 激光器是匯流排剝漆的理想選擇，因其輸出的遠(yuǎn)紅外光能被大多數(shù)絕緣塑料高效吸收，而被銅高度反射。這一特性使 CO2 激光能夠迅速汽化絕緣層，而避損傷銅基材。

激光剝漆工藝具有數(shù)字化、靈活性高的特點(diǎn)，即使匯流排的外形變化，激光工藝也能迅速調(diào)整，無(wú)需額外購(gòu)買新工具。此外，作為非接觸式工藝，激光剝漆避免了因工具磨損或損壞引起的停工，顯著減少了停機(jī)時(shí)間和生產(chǎn)損失。

總的來(lái)說(shuō)，羅悉激光的剝漆方案具備以下優(yōu)勢(shì)：

• 精確控制：精確控制剝除絕緣層的深度和面積。

• 非接觸工藝：激光與導(dǎo)線或匯流排不直接接觸，降低機(jī)械損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

• 高速高效：通過(guò)振鏡快速掃描剝漆區(qū)域，可同時(shí)使用兩臺(tái)激光器處理多個(gè)面，大幅提高處理速度，同時(shí)確保剝漆效果。

• 環(huán)境友好：激光剝漆過(guò)程干凈、廢料極少。

圖6：Luxinar CO2 激光去除匯流排上的漆層。（演示視頻請(qǐng)?jiān)L問(wèn) https://www.luxinar.com/applications/laser-ablating-busbars/）

適用于匯流排剝漆的產(chǎn)品

羅悉激光的OEM系列（OEM 45iX、45iE、65iX、100iX、）封離型CO2 激光器是該應(yīng)用的理想選擇，功率范圍為450~1000W，波長(zhǎng)有 10.6µm、10.25µm和 9.3µm可選。

匯流排剝漆工藝要求激光參數(shù)（如功率、模式、波長(zhǎng)和偏振）具有高度穩(wěn)定性。羅悉激光的OEM系列CO2激光器采用獨(dú)特的諧振腔和電極設(shè)計(jì)，確保脈沖一致性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。其高質(zhì)量、圓形對(duì)稱的光束能夠?qū)崿F(xiàn)高速處理，同時(shí)短脈沖的高峰值功率有助于優(yōu)化工藝質(zhì)量，并減少熱影響區(qū)。

該系列基于成熟的板條激光技術(shù)，無(wú)需真空泵或氣體再循環(huán)設(shè)備。運(yùn)行20,000小時(shí)內(nèi)無(wú)需更換氣體，大大降低了運(yùn)行、維護(hù)及服務(wù)成本，保證了長(zhǎng)壽命與穩(wěn)定性；設(shè)計(jì)緊湊易于集成到生產(chǎn)線中，可選帶外殼或無(wú)外殼版本，能靈活安裝于狹小空間中。

導(dǎo)線剝漆

羅悉激光的CO2激光器也特別適合導(dǎo)線剝漆，精確去除絕緣層的同時(shí)而不損傷底層導(dǎo)電材料。這種工藝特別適用于航空航天和醫(yī)療器械等領(lǐng)域的精細(xì)導(dǎo)線，保證在處理復(fù)雜或微小結(jié)構(gòu)時(shí)仍能保持高質(zhì)量和一致性。

扁線剝漆是一個(gè)典型應(yīng)用。扁線由于其扁平形狀，常用于變壓器、電感器等空間有限的設(shè)備中，這種形狀有助于提高散熱效率并支持高電流的高效傳輸。扁線可由銅、鋁等材料制成，并經(jīng)過(guò)絕緣處理以防止短路或電氣干擾。

圖7：涂漆的扁銅線。

另一種類型的導(dǎo)線是“發(fā)卡線”（hairpin），這是一種寬度為6mm的矩形銅線，表面涂有電介質(zhì)絕緣漆（PEEK、PFA-PI、PA），用于電動(dòng)汽車電機(jī)的電氣隔離；為了實(shí)現(xiàn)電氣連接，需要去除連接點(diǎn)的絕緣層以進(jìn)行焊接。與匯流排剝漆一樣，激光加工是非接觸式的，不會(huì)損耗銅，也不需要頻繁停機(jī)或更換工具。

圖8：使用CO2 激光去除發(fā)卡線上的涂層。

圖9：去除涂層后的發(fā)卡線。（觀看演示視頻請(qǐng)?jiān)L問(wèn) https://www.luxinar.com/applications/electric-motor-hairpin-processing/ ） 

羅悉激光的CO2 激光剝漆工藝同樣適用于發(fā)卡線，快速且高效。發(fā)卡線以一定角度固定，利用振鏡使激光束快速掃描需要?jiǎng)兤岬膮^(qū)域，這樣可以利用兩臺(tái)激光器同時(shí)處理發(fā)卡線的所有面。剝漆速度受涂層類型、厚度及涂覆方式影響。

適用于導(dǎo)線剝漆的CO2 激光器

對(duì)于剝線工藝，羅悉激光的SR系列（SR10i、SR15i、SR20i）封離型 CO2 激光器同樣適用。該系列提供三種波長(zhǎng)：10.6μm、10.25μm 和 9.3μm，并配備可現(xiàn)場(chǎng)更換的射頻電源。出廠功率比額定功率高20%，易于集成到激光加工設(shè)備中。

與OEM系列激光器類似，SR系列采用成熟的板條激光技術(shù)，無(wú)需真空泵或氣體循環(huán)設(shè)備，在運(yùn)行20,000小時(shí)內(nèi)無(wú)需更換氣體，維護(hù)成本低，穩(wěn)定性高。

此外，羅悉激光還提供125W CO₂激光系統(tǒng)——MULTISCAN® HE和MULTISCAN® VS。該系統(tǒng)包含一臺(tái)激光器、可調(diào)節(jié)光束傳輸臂、振鏡和控制軟件，支持雙激光器同步工作，處理所有表面，進(jìn)一步提高效率。

未來(lái)展望

根據(jù)最近的市場(chǎng)報(bào)告，全球匯流排市場(chǎng)預(yù)計(jì)將從 2023年的8.63 億美元增長(zhǎng)到2030年的12.96 億美元，復(fù)合年均增長(zhǎng)率達(dá)6.0%。這一增長(zhǎng)主要受到市場(chǎng)對(duì)可再生能源的關(guān)注以及電動(dòng)汽車和先進(jìn)充電站需求增加的推動(dòng)。[1-2]

對(duì)電動(dòng)汽車電機(jī)和其他在可再生能源中使用的機(jī)電系統(tǒng)的需求增加，也將推動(dòng)全球漆包銅扁線市場(chǎng)的增長(zhǎng)：預(yù)計(jì)將從2023年的4.187億美元增長(zhǎng)到2030年的5.568億美元。[3]

這些市場(chǎng)趨勢(shì)表明，使用CO2 激光進(jìn)行發(fā)卡線和匯流排剝漆的前景廣闊。隨著技術(shù)在精度、速度、自動(dòng)化和環(huán)境可持續(xù)性方面的不斷進(jìn)步，CO2 激光有望成為導(dǎo)線剝漆工藝的標(biāo)準(zhǔn)。隨著各行各業(yè)對(duì)效率和靈活性的要求不斷提高，特別是在電動(dòng)汽車、可再生能源和先進(jìn)電子產(chǎn)品等領(lǐng)域，羅悉激光的CO2 激光器將為制造商提供更快、更清潔和更精確的制造流程，并提高質(zhì)量控制。

參考文獻(xiàn)：

1.https://www.gminsights.com/industry-analysis/busbar-market

2.https://www.businessresearchinsights.com/market-reports/flatwire-hair-pin-motor-market-105774

3.https://reports.valuates.com/market-reports/QYRE-Auto-31T13075/global-enamelled-copper-flat-wire