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聚焦國際雷射最新應用 一窺上下游產業鏈發展需求
 

【CTIMES/SmartAuto 陳念舜 報導】   2019年12月13日 星期五

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有別於近年來以金屬切削為主、大量生產的工具機產業景氣低迷不振,更傾向客製化多樣生產的金屬成型加工業者,則隨著手機、面板、電動車等終端產品不斷推陳出新,需求有增無減,除了最關鍵核心的雷射源與加工技術不可或缺之外,搭配工業機器人、感測器的雷射智慧加工系統也帶動產業成長,吸引眾多周邊自動化設備製造廠商競相投入。

今年落幕的德國慕尼黑雷射展(LASER World of PHOTONICS)參/觀展人數甚至比起上屆(2017)逆勢成長,主因即是雷射加工機應用範圍廣泛,又迎合了智慧製造、電動車2大發展趨勢。
今年落幕的德國慕尼黑雷射展(LASER World of PHOTONICS)參/觀展人數甚至比起上屆(2017)逆勢成長,主因即是雷射加工機應用範圍廣泛,又迎合了智慧製造、電動車2大發展趨勢。

其中為了迎接智慧製造、車電與5G高速通訊的需求到來,「光製造」已成為現今歐美工業革新的核心技術。包含德國高端雷射領導品牌TRUMPF(創浦科技),便發表了3D雷射切割機與可加工半導體、絕緣體和塑膠的超短脈衝固態雷射源;另一家美系大廠COHERENT(科西倫)也推出結合金屬積層製造設備,與適用各式OLED製程的雷射剝離解決方案。

工研院產科國際所資深分析師葉錦清進一步表示,雖然今(2019)年受到中美貿易戰衝擊,大部份工具機等機械產業景氣均萎靡不振,據統計今年落幕的德國慕尼黑雷射展(LASER World of PHOTONICS)參/觀展人數甚至比起上屆(2017)逆勢成長2.5%、4.0%,主因即是雷射加工機應用範圍廣泛,包含汽車、航太、3C、半導體、LED等終端產業受衝擊相對較小,又迎合了智慧製造、電動車2大發展趨勢。

其中在智慧製造(Laser Material Processing)領域,係由COHERENT建議業者,可透過軟體模擬Simulation與建模Modeling技術,預測雷射加工過程中光束、材料的作用機制與各種參數變化,以有效降低或協助雷射加工過程最佳化,而非傳統試誤法(try and error)將耗費大量時間,還能提升加工良率與品質。

進而提出一種新型雷射透明玻璃材料加工法,稱為「雷射絲化(Laser Filamentation)」切割技術,即可將超快雷射脈衝被聚焦於透明玻璃材料中,並在內部呈現高能量密度的自傳輸通道;再經過比較模擬與實驗的結果,用來切割表面粗糙的玻璃,達成96%較佳絲化效果。

另因應當前電動車發展趨勢,由於雷射普遍被認為適用於高速大量加工,也有多家雷射源領導大廠TRUMPF、COHERENT、IPG爭相投入該市場。葉錦清指出,尤其像德國早在傳統燃油車時代,就已將雷射銲接技術廣泛用於汽車製造產業,20世紀90年代BMW便利用雷射銲接機器人,完成了BMW 5系列轎車首條總長度達12m銲縫。

如今更大量應用於汽車生產線,包含雷射銲接、2D/3D雷射切割等,已可用來完成50%~70%汽車零組件加工。惟若考量使用雷射銲接鋰電池時,容易受到不同材質影響,而提高雷射熔點難度,TRUMPF也發表該公司最新結合積層製造科技LMF/LMD與傳統工藝,以最佳化製造汽車零組件。

此外,隨著高功率、超短脈衝、低價已成為雷射加工發展主流趨勢,IPG今年也發表自製高功率100kW、光纖雷射頭與振鏡模組,將占用空間的體積縮小2/3,成為現今市場上體積最小,耗能最少的大功率雷射光源;在不影響光源輸出穩定性的前提下,低價更具有競爭力。

並針對要求高精密加工的3C與半導體產業應用,IPG也推出了短脈衝達皮秒/飛秒等級的光纖雷射超快鑽孔機,提高深寬比而達到了方形鑽孔的業界標準;進而將現有綠光與UV雷射功率加倍升級,再結合高速穩定的振鏡架構,提出了一連串高精密加工整合方案。

尤其在越來越多的焊接應用導入雷射製程後,IPG也整合龍門工具機、工業機器人,搭配12kW雷射源與專用軟體加工。包含採用了Wobble擺動頭技術設計,用來改善先前雷射焊接的質量與焊縫表面出現的問題;同時結合雷射光束擺動與焊縫追蹤技術,當焊縫位置變化時,能調整擺動焊接頭的橫向位置,得以在高反射材料上提供優越的焊接品質。

葉錦清表示,由於光電半導體產業近年來陸續推出OLED、Micro LED等次世代面板複雜製程,如巨量轉移的良率低又耗時,難以商品化,業者也隨之推陳出新相關精微加工製程技術。包含:「雷射取下(LLO, Laser Lift Off)」,可將Micro LED與藍寶石生長晶片分離;「雷射誘導正向轉移(LIFT, Laser Induced Forward Transfer)」,比起傳統機械式Micro LED從晶圓移動到基板的技術更快又精準,突破目前量產瓶頸;準分子雷射退火(ELA, Excimer Laser Annealing),可用來製造LTPS-TFT背板,或用雷射切割含電路玻璃基板;以及透過雷射修復Micro LED,有效解決良率和缺陷問題。

目前COHERENT發表的CO雷射,即可利用其不同波長特性,分別以200W雷射源來切割玻璃、PCB通鑽孔,或紫外線皮秒脈衝雷射源來切割OLED面板等,使得皮秒等級的脈衝雷射源已成為該產業主要雷射源;再加入感測器和精準光束控制模組,為光電半導體產業提供可快速發展的解決方案。

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