应用专题 · 激光加热专题 · 2026-07-27

从点光斑到均匀面热源:VCSEL激光加热如何服务薄带、复合材料与在线热处理

Fraunhofer IPT的Tailored Heat研究展示了VCSEL面阵激光与温度测量、控制系统的集成能力。可分区寻址的近红外热源适合薄带、薄膜、复合材料和连续生产线的快速、洁净、可编程加热。

从点光斑到均匀面热源:VCSEL激光加热如何服务薄带、复合材料与在线热处理
图片来源:Fraunhofer IPT公开资料(原始页面)
应用专题 · 激光加热

为什么制造业需要“可编程面热源”

单个聚焦激光点适合高功率密度加工,但薄膜、金属带材、热塑性复合材料和电子器件常需要几十到数百毫米范围内的均匀加热。传统热风或炉体具有热惯量大、启停慢和能量利用边界不清晰的问题。VCSEL(垂直腔面发射激光器)可以把许多小发光单元组成阵列,并对不同区域独立控制,从而形成快速响应的线形或面形热源。

Fraunhofer IPT公开的Tailored Heat平台把激光热源、测温、执行机构和控制集成为完整系统。其卷对卷试验台采用8×200 W、940 nm VCSEL模块处理金属与塑料薄膜;另一套扫描表面加热装置使用500 W激光源,说明面阵与扫描两条路线可按材料和节拍选择。

均匀加热并不等于每个分区功率相同

带材边缘散热通常比中心更强,运行中的材料还会受到速度波动、张力、厚度和表面反射率影响。如果所有分区输出相同功率,温度场反而可能不均匀。系统应先用热像或多点高温计建立横向温度分布,再对各分区进行功率补偿,并把线速度作为前馈量。

薄带与薄膜

用于涂层固化、预热、干燥、退火或后处理,减少整线无效热负荷。

复合材料

在铺放、压合、焊接前对树脂区域选择性加热,提升界面结合并控制热损伤。

电子与玻璃

通过波长与吸收层设计实现局部退火、封装和选择性热处理。

实验模拟

按区域编程热流,用于非均匀热边界、移动热源和快速温变研究。

系统选型需要回答六个问题

  1. 材料在目标波长下的吸收率是多少,是否随温度变化?
  2. 需要的有效加热宽度、长度和边缘均匀性是多少?
  3. 材料速度、厚度和最大热容量如何变化?
  4. 采用静态阵列、扫描光斑还是二者组合?
  5. 测温能否避开反射激光并覆盖完整横向温度场?
  6. 异常停线时如何快速降功率,避免局部烧蚀?

我司的服务内涵

面向激光均匀加热与在线热处理项目,我司可提供材料吸收特性评估、热负荷计算、光斑与分区方案、运动与张力接口、红外测温、温度闭环、工艺数据记录和安全联锁设计。对于新材料,建议先在小尺寸平台进行速度—功率—温度窗口试验,再放大到连续生产宽度。

资料来源

Fraunhofer IPT:本文主要公开资料与配图来源

本文结合公开资料进行工程化解读,设备配置和工艺参数应以试样验证、适用标准及正式技术协议为准。