文/羅悉激光，Louise May

由于比標準電線和電纜更有優(yōu)勢，層壓式匯流排（busbars）和扁線現(xiàn)已廣泛應用于電動汽車、太陽能和風能系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心以及工業(yè)機械等領域的諸多現(xiàn)代配電系統(tǒng)中。

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

本文將探討如何利用 CO2 激光器應對這一挑戰(zhàn)，以幫助不同行業(yè)或領域的客戶提升制造工藝，保持市場領先地位。

匯流排介紹

匯流排是一種用于高效電能傳輸?shù)膶�體，通常采用扁平或矩形形狀設計，旨在提供更大表面積以減少能量損失。自20世紀30年代在北美推出以來，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)中的關鍵組件，廣泛應用于需要大電流傳輸?shù)膱龊�，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)越的導電性能和耐用性，廣泛應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能、風能和電動汽車行業(yè)中尤為適用。

在高功率工業(yè)應用中，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，以支持太陽能電池板、風力渦輪機和儲能系統(tǒng)的電力需求。根據(jù)這些不同應用的功率要求，匯流排的尺寸和長度通常根據(jù)系統(tǒng)的功率需求量身定制。其標準尺寸通常為：長度2~6m，寬度5~50cm，厚度6~20mm，具體尺寸會根據(jù)承載的電流負荷進行調整。

圖2：用于數(shù)據(jù)中心的匯流排。

圖3：太陽能電池板中的多個匯流排。

在電動汽車（EV）和混合動力系統(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)的設計和電機的輸出）。電動汽車制造過程中，匯流排一般以卷材形式供應，類似傳統(tǒng)電纜，由于電動汽車內部空間狹小且結構復雜，制造商會根據(jù)實際需求將其切割和彎曲，以適應車內空間靈活布局，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：電動汽車電池艙內的匯流排。

匯流排量產(chǎn)面臨的挑戰(zhàn)

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

在傳統(tǒng)行業(yè)中，剝漆是通過機械工具完成的，如刀具或專用切割設備，然而，這些方法可能存在一些問題：剝漆不均勻，一致性差；機械刀具容易對基材表面造成損傷，影響其導電性能和增加故障風險；生產(chǎn)效率低下，尤其在需要頻繁更換刀具或細致調整時；在處理小面積或復雜形狀時存在局限性，無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，羅悉激光（Luxinar）在匯流排激光剝漆工藝方面取得了顯著進展，針對這一工藝優(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)的應用需求。

CO2 激光器是匯流排剝漆的理想選擇，因其輸出的遠紅外光能被大多數(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，即使匯流排的外形變化，激光工藝也能迅速調整，無需額外購買新工具。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，顯著減少了停機時間和生產(chǎn)損失。

總的來說，羅悉激光的剝漆方案具備以下優(yōu)勢：

• 精確控制：精確控制剝除絕緣層的深度和面積。

• 非接觸工藝：激光與導線或匯流排不直接接觸，降低機械損壞的風險。

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

• 環(huán)境友好：激光剝漆過程干凈、廢料極少。

圖6：Luxinar CO2 激光去除匯流排上的漆層。（演示視頻請訪問 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 激光器是該應用的理想選擇，功率范圍為450~1000W，波長有 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激光器采用獨特的諧振腔和電極設計，確保脈沖一致性和長期穩(wěn)定性。其高質量、圓形對稱的光束能夠實現(xiàn)高速處理，同時短脈沖的高峰值功率有助于優(yōu)化工藝質量，并減少熱影響區(qū)。

該系列基于成熟的板條激光技術，無需真空泵或氣體再循環(huán)設備。運行20,000小時內無需更換氣體，大大降低了運行、維護及服務成本，保證了長壽命與穩(wěn)定性；設計緊湊易于集成到生產(chǎn)線中，可選帶外殼或無外殼版本，能靈活安裝于狹小空間中。

導線剝漆

羅悉激光的CO2激光器也特別適合導線剝漆，精確去除絕緣層的同時而不損傷底層導電材料。這種工藝特別適用于航空航天和醫(yī)療器械等領域的精細導線，保證在處理復雜或微小結構時仍能保持高質量和一致性。

扁線剝漆是一個典型應用。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，表面涂有電介質絕緣漆（PEEK、PFA-PI、PA），用于電動汽車電機的電氣隔離；為了實現(xiàn)電氣連接，需要去除連接點的絕緣層以進行焊接。與匯流排剝漆一樣，激光加工是非接觸式的，不會損耗銅，也不需要頻繁停機或更換工具。

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。（觀看演示視頻請訪問 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剝漆的區(qū)域，這樣可以利用兩臺激光器同時處理發(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。

適用于導線剝漆的CO2 激光器

對于剝線工藝，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：10.6μm、10.25μm 和 9.3μm，并配備可現(xiàn)場更換的射頻電源。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，無需真空泵或氣體循環(huán)設備，在運行20,000小時內無需更換氣體，維護成本低，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)包含一臺激光器、可調節(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，進一步提高效率。

未來展望

根據(jù)最近的市場報告，全球匯流排市場預計將從 2023年的8.63 億美元增長到2030年的12.96 億美元，復合年均增長率達6.0%。這一增長主要受到市場對可再生能源的關注以及電動汽車和先進充電站需求增加的推動。[1-2]

對電動汽車電機和其他在可再生能源中使用的機電系統(tǒng)的需求增加，也將推動全球漆包銅扁線市場的增長：預計將從2023年的4.187億美元增長到2030年的5.568億美元。[3]

這些市場趨勢表明，使用CO2 激光進行發(fā)卡線和匯流排剝漆的前景廣闊。隨著技術在精度、速度、自動化和環(huán)境可持續(xù)性方面的不斷進步，CO2 激光有望成為導線剝漆工藝的標準。隨著各行各業(yè)對效率和靈活性的要求不斷提高，特別是在電動汽車、可再生能源和先進電子產(chǎn)品等領域，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，并提高質量控制。

參考文獻：

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