雷射切割系統的製作方法

2023-05-15 15:27:11

專利名稱：雷射切割系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種工件切割裝置，其包括雷射源和接近雷射接觸點設置並且定位在
工件的雷射側上或周圍的第一抽吸系統。 本發明還涉及一種工件切割裝置，其包括雷射源和設置在雷射接觸點附近的至少
一個指杆，其中指杆包括主體，其具有適於接合工件的墊套式支腳。 在下文中對根據本發明的各種設備、結構和/或方法的各種典型實施例的下列詳
3細描述中描述了根據本發明的系統和方法的各種典型實施例的這些和其它特徵和優點，並 且根據這些詳細描述是顯然的。


參考下列附圖將描述根據本發明的系統和方法的各種典型實施例，其中
圖1是電極的橫截面側視圖；
圖2是電極板的橫截面側視圖； 圖3是根據第一典型實施例的雷射切割系統的一部分的等比例視圖； 圖4是根據第一典型實施例的雷射切割系統的一部分的局部等比例的部分切除
視圖； 圖5是根據第二典型實施例的雷射切割系統的一部分的等比例視圖； 圖6是根據一個典型實施的雷射切割系統的一部分的側視圖； 圖7是沿著圖6中線7-7的一部分的橫截面的視圖； 圖8a和圖8b是使用根據一個典型實施例的系統切割的導體的頂視圖； 圖9a和圖9b是使用根據一個典型實施例的系統切割的導體的頂視圖； 圖10a和圖10b是使用根據一個典型實施例的系統切割的導體的頂視圖；以及 圖lla和圖lib是使用根據本發明一個典型實施例的系統切割的導體的頂視圖。 應當理解，附圖並非必須按規定比例。在一些情況下，可能已經省略了對於理解本
發明或者再現其它難以感知的細節所並非必需的細節。在一些情況下，部件可以相對彼此
移動(例如，彼此接近或在相反側)。當然，應當理解是的是，本發明並非必需局限於本文所
述的特定實施例。
具體實施例方式
本公開內容涉及切割工件的方法和裝置，包括其上提供有電極材料的導體。所公 開的方法包括使用用於切割的雷射器，以及附加部件，用於幫助控制工件以及移除切割碎 片以防止其危及或影響工件。在一些實施例中，所公開的方法和裝置尤其是與用於切割導 體和電池電極。因而，本文描述所公開的方法和裝置作為應用於切割導體和/或電極。然 而，本公開內容的可應用性不局限於僅切割這種材料，而是可以用於使用雷射切割任何事 物。 所公開的方法和裝置尤其適於切割薄工件，例如金屬薄片。本文將參考假定正切 割的工件描述各種典型實施例的各種部件的位置，但是工件並非必需包括本文所述的典型 實施例的部件。出於本公開內容的目的，工件(在切割之前或之後)具有兩個相反的表面 或側面(即，與其長度或寬度中之一或兩者相比，其厚度將非常小)。涉及工件的一"側"或 另一側指的是如本文所述的這些表面或側。在各個實施例中，雷射源配置在正切割的工件 的一側或另一側。工件朝向雷射源的側在本文中稱為"雷射側"。與雷射側相反的側在本文 中稱為"輸出側"。 在切割處理中的任意給定點，雷射聚焦在工件的一點上，該點隨著時間而相對於 工件改變(例如，工件相對於雷射器移動)。在切割期間雷射將接觸工件的接近點在本文中 稱為"雷射接觸點"或"切割點"。可以使用這些術語以描述實際切割點或者如果存在工件
4則將發生切割的點(即，即使工件並非必需是本文所述的典型實施例的一個部件，也可以 相對於切割點描述系統部件的位置)。 如上所述，在各個實施例中，雷射接觸點隨著時間而相對於工件移動。在各個實施 例中，工件可以相對於雷射接觸點移動。出於本公開內容的目的，工件從"上遊"移動至"下 遊"。因而，例如，本文將已經切割的工件部分稱為處於距離雷射接觸點的"下遊"，而本文將 未切割和/或將要切割的工件的部分稱為處於距離雷射接觸點的"上遊"。
參考圖l，在一個實施例中，電極100包括耦合之導體130的正電極110和負電極 120。在一個實施例中，在導體130上提供第一活性材料或正電極部件110和/或第二活性 材料或負電極部件120 (例如，通過塗覆、層壓等)。導體130可以由任何數量的導電和/或 金屬材料構成，包括但不局限於鋁、銅和/或包括鋁和/或銅的合金。與製造電極相關，可 能必需或者需要切割導體130。 例如，並且參考圖2，在製造一個或多個電極期間，在各個實施例中，在導體片130 上形成或以其它方式形成活性材料。隨後將形成由活性材料的導體片130切割成各個電極 100。 參考圖3和4，在各個實施例中，利用包括雷射裝置140的雷射切割系統135切割 工件137。雷射裝置140可以包括具有充分高波束質量和高雷射功率的任何雷射，以切割特 定工件。例如，在各個典型實施例中，利用諸如由SPI Lasers製造的二極體雷射器。還可 以利用諸如Trumpf HDL 4002盤形雷射器的盤形雷射器。在各個實施例中，雷射裝置140 的功率範圍從70瓦特至350瓦特。例如，雷射裝置140的功率範圍可以包括從25瓦特至 500瓦特。在各個典型實施例中，雷射裝置140利用窄波束(例如，波束的厚度近似10 ii m)。 窄波束可能是有利的，因為在切割期間，窄波束通常幾乎不燒掉材料，而產生更狹窄的切口 200。在各個典型實施例中，雷射裝置140發射恆定雷射波束。 在各個實施例中，雷射切割系統135基本上不需要對現有雷射裝置140進行非常 規修改。例如，可以採用各種常規光學器件、雷射波長、焦距和光點直徑。在各個實施例中， 雷射裝置140的波長近似1030至1035納米，焦距近似80mm，而光點直徑近似0. 125mm。在 其它實施例中，雷射裝置的焦距近似lmm。正如本領域技術人員將意識到，在各個實施例中， 焦距不是關鍵參數。 雷射裝置140可以以任意合適的電流水平運行。在一個實施例中，雷射裝置是以 60安培運行的70瓦特雷射裝置，但是可以採用任何雷射器。在各種典型實施例中，所使用 的雷射器具有小的光點直徑，以便於最小化從工件上燒掉的材料的量。
在各個實施例中，雷射切割系統135和雷射裝置140基本上相對於工件135固定。 如圖3中所示，在一些實施例中，隨著其通過砑光(callandering)系統(例如，置於和/或 離開輥筒上)，而切割工件137。在各個實施例中，雷射裝置140可以相對於工件137和/ 或雷射切割系統135的其它部件而移動。 參考圖3-7，在各個實施例中，雷射系統140包括沿著和/或基本上靠近雷射接觸 點195定位或者以其它方式提供的一個或多個指杆210。在各個實施例中，將一個或多個 指杆210定位或者以其它方式提供在基本上靠近雷射頭190的工件137的雷射側150周 圍。在各個實施例中，可以將一個或多個指杆定位在工件137的輸出側160上或以其它方 式提供在其周圍。在各個實施例中，將一個或多個指杆定位在雷射頭的下遊。每個指杆210適於隨著其通過而幫助將工件137固定在合適的位置，並且幫助防止飛濺、塵埃、熔渣、碎 片或者由切割處理產生的材料粘附、接觸或以其它方式損害工件137或電極任意部分的質 量。 一個或多個指杆可以重疊。在各種實施例中，指杆210可操作地連接或互相連接。然 而，並非必需使任何指杆重疊或相互連接。 每個指杆210可以具有任意數量的各種合適的形狀。如圖4和7中特別所示的， 每個指杆210是管狀的，即存在限定於每個指杆210中的管道270，其中至少一個入口或孔 眼260接近基本上靠近雷射切割點195的其遠端。在各種實施例中，一個或多個指杆210 的至少遠端部分的橫截面形狀特徵在於由中心部分220和耦合至中心部分220的基本上平 行的第一和第二細長支柱部分230/240所限定的管道或腔室。在一個典型實施例中，基本 上平行的第一和第二底部部分250連接至每個支柱部分230/240與中心部分220連接處相 對的遠端部分。在一個實施例中，異形指杆210的橫截面限定了開口部分或管道270。開口 部分或管道270的三側由支柱部分230/240和中心部分220所限定。在各個實施例中，每 個底部部分250定向成基本上並排關係，在底部部分250的相對表面之間限定至少一個入 口或孔眼260，導向管道270。在一個實施例中，限定孔眼260的每個底部部分250位於指 杆210最靠近雷射束來自雷射頭部190的通路的一側上。至少每個指杆210的遠端部分可 以具有任何其它合適的橫截面形狀，包括但不局限於，U-形、J-形、L-形、C-形、I-形和/
或v-形。 在一個實施例中，每個指杆210的遠端部分寬度高達3mm。每個指杆的尺寸不需要 相同或相似。例如，一個指杆可以比另一個更寬。例如，一個指杆的遠端部分的寬度可以是 2mm，而另一個指杆的寬度可以是lmm。 一個或多個指杆的遠端部分與指杆的其它部分相比 可能更窄。然而，在各種實施例中，這並非必需。例如，在各種實施例中，每個指杆210在其 長度上寬度尺寸相似。 如上所述，工件137具有雷射側150和輸出側160。在切割期間，熔融材料、熔渣 或其它不合需要的材料或碎片的可能趨勢是基本上沿著或靠近雷射裝置140正切割的工 件137的區域產生和/或聚集。參考圖3-7，在各個實施例中，雷射切割系統135包括第一 抽吸系統170，其與一個或多個指杆210中的孔眼260流體相通，並且適於從工件137的激 光側150或者在其附近抽吸各種煙氣、碎片和切割處理的其它產物。在各個實施例中，孔眼 260經由一個或多個指杆210中的管道270而與至少局部真空源流體相通。
在各種實施例中，如圖3和5-6中所示，雷射切割系統135還包括第二抽吸系統 180，其定位和適於從工件137的輸出側160或其附近抽吸各種煙氣、碎片和切割處理的其 它不合需要的材料和產物。例如，第二抽吸系統180可以包括至少一個管道，其在雷射接觸 點附近限定至少一個開口 ，其與一個至少局部真空系統流體相通，並且至少局部定位和提 供在工件137的輸出側160附近，用於從雷射接觸點或其周圍抽吸各種煙氣、碎片和切割處 理的其它產物。在各種實施例中，第三抽吸系統包括至少一個管道，其在雷射接觸點附近限 定至少一個開口 ，其與至少局部真空系統流體相通。 在各個實施例中，如圖3-6中所示，雷射切割系統135包括第三抽吸系統185，適於 抽吸在雷射接觸點195的上遊散布和/或在一個或多個指杆210中、周圍和/或上正聚集 和/或已聚集的各種材料。在各個實施例中，第三抽吸系統185定位靠近雷射接觸點195。 然而，第三抽吸系統185可以定位在雷射接觸點195的上遊、下遊和/或任一側。
再參考圖3-7，在各個實施例中，雷射切割系統135包括可操作地與雷射裝置140 相關的氣體裝置145，由此氣體裝置145提供了將氣體引入抵靠位於雷射接觸點195處或周 圍的工件137的雷射側150。在各個實施例中，氣體裝置145將一股氣體噴流基本上導向 雷射接觸點195上、中或周圍。由於使用雷射裝置140切割工件137的一部分，經由氣體從 雷射接觸點195上移除或以其它方式疏散切割材料。在一個實施例中，所採用的氣體包括 氧氣。在各種實施例中，用作氣體的氧氣在5至50psi的範圍中，以合適的切割速度提供合 適的切口。然而，可以利用諸如氮氣的其它氣體。在各種實施例中，可以使用範圍在25至 150psi中的用作氣體的氮氣。在各種實施例中，將氣體引至工件的接縫上或附近，通過向激 光切割處理提供附加能量而改進切口的形成。 參考圖5，在各個實施例中，切割系統135包括多個雷射裝置140。在各個實施例 中，切割系統135包括多個第一、第二和/或第三抽吸系統170/180/185，其定位和適於從 抽吸工件137的雷射側或者從輸出側160附近抽吸各種煙氣、碎片和切割處理的其它產物。 在這種實施例中，可以同時將形成具有多個電極部件的導體片切割成各個電極。
本發明允許經由雷射以提高的速度進行高質量、可再現的切割。圖8a和8b分別 是放大30倍和75倍的導體130的頂視圖，其包括使用500瓦特雷射和40psi的氮氣作為 氣體、以每分鐘約26. 5米的切割速度切割的銅。圖9a和9b分別是放大30倍和75倍的導 體130的頂視圖，其包括使用350瓦特雷射和25psi的氧氣作為氣體、以每分鐘約26. 5米 的切割速度切割的銅。圖10a和10b分別是放大30倍和75倍的導體130的頂視圖，其包 括使用300瓦特雷射和100psi的氧氣作為氣體、以每分鐘約26. 5米的切割速度切割的鋁。 圖lla和lib分別是放大30倍和75倍的導體130的頂視圖，其包括使用125瓦特雷射和 25psi的氧氣作為氣體、以每分鐘約26. 5米的切割速度切割的鋁。如圖8a至lib中所示 的，在本發明一個實施例中，與使用氮氣氣體相比，以25psi使用氧氣作為氣體基本上產生 了更乾淨的導體130的切口。然而，應當意識到，使用氮氣作為氣體也提供了可接受的切 □。 雖然結合上述的典型實施例已經描述了本發明，但是已知或目前可以預見的各種 備選、修改、改變、改進和/或基本等效方案，對於本領域普通技術人員而言是顯然的。因 此，如上所述，本發明的典型實施例意於是說明性的，而非限制性的。可以進行各種改變，而 不脫離本發明的精神和範圍。因而，本發明意於包括所有已知或更早開發的備選、修改、改 變、提高和/或基本等效方案。
權利要求
一種工件切割裝置，包括雷射源；以及第一抽吸系統，其接近雷射接觸點設置，並且定位在工件雷射側上或周圍。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其中第一抽吸系統包括至少一個指杆，其臨近雷射接觸點設置，其中指杆包括限定最接近雷射接觸點的至少 一個入口的主體，以及與入口流體相通的管道；以及 與入口流體相通的至少局部真空系統。
3. —種工件切割裝置，包括 雷射源；以及至少一個指杆，其接近雷射接觸點設置，其中指杆適於接合工件。
4. 根據權利要求3所述的裝置，其中至少一個指杆限定至少一個開口 ，所述開口臨近 雷射接觸點定位，並且與一個至少局部真空系統流體相通。
5. 根據權利要求2、3和4所述的裝置，其中存在兩個指杆，其大體臨近雷射接觸點，並 且設置在工件的雷射側上或周圍。
6. 根據權利要求5所述的裝置，其中兩個指杆基本上彼此平行定向，並且設置在雷射 接觸點的大致相對側上。
7. 根據權利要求1、2、3、4、5和6所述的裝置，還包括第二抽吸系統，其臨近雷射接觸點 設置，並且定位在工件的輸出側上或周圍。
8. 根據權利要求7所述的裝置，其中第二抽吸系統包括 至少一個管道，其限定接近雷射接觸點的至少一個開口 ；以及 與開口流體相通的一個至少局部真空系統。
9. 根據權利要求1、2、3、4、5、6、7和8所述的裝置，還包括第三抽吸系統，其臨近雷射接 觸點設置，並且定位在工件的雷射側上或周圍。
10. 根據權利要求9所述的裝置，其中第三抽吸系統包括 至少一個管道，其限定接近雷射接觸點的至少一個開口 ；以及 與開口流體相通的一個至少局部真空系統。
11. 根據權利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9和10所述的裝置，還包括與雷射源協同操作的 氣體裝置。
12. 根據權利要求11所述的裝置，其中氣體裝置提供氧氣和/或氮氣。
13. —種切割工件的方法，包括 使用雷射切割工件；從工件的雷射側周圍的區域抽吸碎片；以及 從工件的輸出側周圍的區域抽吸碎片。
14. 根據權利要求13所述的方法，還包括在雷射接觸點周圍提供氣體。
15. 根據權利要求14所述的方法，其中氣體包括氧氣和/或氮氣。
全文摘要
本發明公開了一種用於切割包括塗覆有電極材料的導體的工件(137)的方法和裝置。在各種實施例中，所公開的裝置包括一個或多個抽吸系統(170、180、125)，以收集和移除由雷射切割處理產生的碎片和煙氣，並且從切割環境中移除它們，以防止該材料積澱在工件(137)上。可以使用一個或多個指杆(210)部件，以在切割期間控制雷射接觸光點在工件上的位置。
文檔編號B23K26/14GK101765474SQ200880100687
公開日2010年6月30日 申請日期2008年4月15日 優先權日2007年6月15日
發明者T·J·多爾蒂 申請人:江森自控帥福得先進能源動力系統有限責任公司