激光切割可实现更复杂的插头连接器设计

　　弗劳 恩 霍 夫 激 光 技 术 研 究 所（ILT） 的 科 学 家 在ERDF（欧洲区域发展基金会）研究项目 ScanCut中为接触冲压技术提出了引人注目的新功能。位于亚琛的研究人员团队与来自北莱茵 - 威斯特法伦州的行业合作伙伴合作，开发了一种用于薄壁金属带的激光切割的混合制造工艺。这种新工艺可以以更环保、高精度和高效的方式制造比以往技术更小的接触部件细节。

　　插头连接器通常很小，虽然乍一看并不引人注目，但如果没有它们，现代车辆将无法工作。数千个插头连接器把信号和控制电压从车辆的一部分传输到另一部分。参与项目的这些接触部件目前由位于德国吕登沙伊德的 KOSTAL Kontakt Systeme GmbH 等公司以传统的冲压和弯曲工艺生产。然而，随着工艺变化，车辆中连接器元件的数量不断增长，正把这种久经考验的传统的冲压和弯曲工艺的机械生产方法推向极限。随着元器件小型化与汽车轻量化进程的持续发展，结构上更精细和更复杂的接触部件需要相对更小的插头连接器，市场对这部分连接器的需求激增。

　　在上述背景下，尤其是在狭小的安装空间中创建带有多个独立悬挂触点的接触区域时，激光切割为以前无法实现的设计选择打开了大门。在安装空间狭窄或需要带有多个独立悬挂触点的条件下，多个触点的冗余性甚至使最小的触点系统也能够提供对可靠信号传输而言非常重要的、坚固的电气设计。

　　基于激光的螺旋钻孔：传统加工方式的高精度替代品

　　研究人员还将螺旋钻孔与超短脉冲（USP）激光器结合在一起。Fraunhofer ILT 开发的并已经获得专利的这种方法已经表明，这个工艺是在钢、玻璃和陶瓷上钻出高深宽比精密微孔的绝佳选择。实验人员发现，精度是螺旋钻孔的最大优势之一：焦点直径为 25μm，钻孔壁的粗糙度 Ra小于 0.5μm。但是，受限于目前工艺，只有在低处理速度下才能达到如此高的质量。

　　ScanCut 联合项目选择与多光束的光学器件组合但是，实验人员发出疑问：这种在其他材料上有过实践检验的方法是否还可以用于切割钣金零件？如果可以，那么如何提高处理速度来让它更适应加工生产的目的？这些问题促使 ScanCut 项目的启动，这是一个由 KOSTAL，Fraunhofer ILT 和 Amphos GmbH 和 Pulsar PhotonicsGmbH 公司共同组成的合作项目，上述单位均位于德国的Herzogenrath。该项目由欧洲区域发展基金会（ERDF）和北莱茵 - 威斯特法伦州资助。“在该项目中，我们将螺 旋 钻 孔 光 学 系 统 与 Pulsar Photonics GmbH 的 多 光 束模块和 Amphos GmbH 的高功率光束源结合在一起，” Fraunhofer ILT 的微纳结构研究组科学家 Jan Schnabel 接受采访时表示。

　　为了配合实验，Amphos GmbH 开发了基于 InnoSlab技术的大功率光束源，其输出功率为 300W，脉冲能量为3mJ。

　　成功的原型系统——后续项目即将出现实验过程中，为了把激光束分成多达 20 个单独的光束，需要高脉冲能量。然而，起初，项目合作伙伴们专注于验证多光束方法是否可以通过把激光束分成两到六个独立的光束来实现。

　　Pulsar Photonics GmbH 和 Fraunhofer ILT 现在正在着手一个后续项目：结合本次实践的经验，双方将继续开发具有多光束模块的螺旋切割技术。Pulsar Photonics GmbH和 Fraunhofer ILT 的双方发言人表示：从本次 ScanCut 项目中获得的经验和见解还将被用于开发高功率激光光源，从而扩展 Amphos GmbH 现在所能提供的产品组合。

　　自动调整简化了激光的使用流程

　　作 为 工 业 4.0 主 要 推 动 机 构 之 一， 弗 劳 恩 霍 夫 激 光技术研究所（ILT）和项目合作伙伴特别关注自动化及其实现的可能性。Fraunhofer ILT 的微纳结构研究组科学家Schnabel 表示：“我们在实验中使用了电动可调镜和光学镜架，从而实现光束位置的自动调节的目的。”他进一步解释道： “一旦我们编写了合适的软件程序后，就可以仅仅通过按一下按钮，来启动对螺旋钻孔光学系统的调整，而这个全程并不需要我们的任何工作人员前往现场。”

　　延伸阅读

　　弗劳恩霍夫协会（德语：Fraunhofer-Gesellschaft），总部位于德国慕尼黑，是德国也是欧洲最大的应用科学研究机构，成立于 1949 年 3 月 26 日，以德国科学家、发明家和企业家约瑟夫·弗劳恩霍夫（Joseph von Fraunhofer, 1787-1826）的名字命名。弗劳恩霍夫协会每年在研究上花费为 28 亿欧元，其中23 亿欧元用于合同研究领域。其下属的弗劳恩霍夫激光技术研究所（简称 ILT）是享誉国际的工业激光开发和工业激光应用的专业研究机构，研发领域包括“工业激光器”、“激光加工工艺”、“激光 3D 打印”、“激光设备和系统技术”、“激光测量和检测技术”等。本次 ScanCut 项目从属于“激光加工工艺“开发项目， “ScanCut-冲压过程中的激光切割”为期三年，于 2020 年 2 月完成，项目资助方为欧洲区域发展基金会。