激(jī)光焊接作為一種熔接塑料製品(pǐn)的技術,主要用於連接敏感性的塑料製品,例如線路板、塑料零件電子感應器(qì)、複雜形狀的塑料製品,以及醫療(liáo)器械等要求(qiú)嚴格密封及潔淨度的塑料製品。
激(jī)光焊接原理
利(lì)用激光焊接技術進行兩件塑料部件焊接時,首先需要(yào)把部件夾緊在一起,然後以波長為810 ~ 1064 nm的近紅外線激光NIR透射過第一(yī)個(gè)部件,激光透射後被第二個部件吸收,所吸收的近紅外線激光化為熱能,將兩個(gè)部件的接觸表麵熔化形成(chéng)焊接區。激光焊接工藝能夠製造(zào)出(chū)超過原材料強度的焊接縫。
塑料激光焊接常(cháng)用焊接方法
在實(shí)際應用中,塑料(liào)激光焊接(jiē)有幾種不同的焊接工藝方不法。
順序(xù)型周線焊接(Contour Welding):激光沿著塑(sù)料焊接層的輪廓線移動並使其熔化,將塑料層逐漸粘結在一(yī)起;或者將被夾層沿著固定的激光束移動達到(dào)焊接的目的。
同步焊接(Simultaneous Welding):來自多個二極管激光器的激光束,通過光學元件將(jiāng)激光束整形,激光束被引導(dǎo)到沿(yán)著(zhe)焊接層的輪廓線上,同時在焊(hàn)縫處產生熱(rè)量,從而使整個輪廓線同(tóng)時熔化並粘結在一(yī)起。
掃描焊接(jiē)(Scan Welding): 掃描焊接又稱準同步焊接,掃描(miáo)焊接(jiē)技術綜合了上述順(shùn)序型周線焊和同步焊接兩種(zhǒng)焊接技術。利用反射(shè)鏡產生高速激光束(至少10 米/秒的速度),沿著待焊接的部(bù)位(wèi)移動(dòng),使得整個焊接處逐(zhú)漸發熱並熔合(hé)在一起。
照射掩膜焊接(Mask Welding)。激光束通過模板(bǎn)進行定位,熔化並粘結塑料,模板隻暴露出下麵塑料(liào)層上麵積一個很(hěn)小(xiǎo)的精確的焊接部位,激光束僅對製品上(shàng)沒有被掩膜遮住的部(bù)分加熱。使用這種技術可以實現低(dī)至10微米的高精(jīng)度焊接。
塑料激光焊接的優勢
激光(guāng)焊接應用於塑料部件熔接的(de)優點包括:
· 焊接精密、牢固和密封(不透氣和不漏水),焊接過程中樹脂降解少、產生的(de)碎屑少,製品的表麵能夠在焊縫周圍嚴密地連(lián)接在一起。激光焊接沒有殘渣的優點,使它更(gèng)適(shì)用於(yú)國家食品(pǐn)藥品監督管理(lǐ)局管製的醫(yī)藥製品及電子(zǐ)傳感器等。
· 易於控(kòng)製,可焊接尺寸小或外形結構複雜的工件。由於激光便於計算機(jī)軟件控製,而且光纖激光器輸出可靈活地達到零件各個細(xì)微部位,采用激光焊接能夠焊接其它焊接方法不易達到的區域,焊接具有複雜外形、甚至是三(sān)維幾何形狀的製(zhì)品。
· 與其他熔接方法比較,激(jī)光焊接大幅減少製品(pǐn)的振動應(yīng)力和(hé)熱應力。這意味(wèi)著製品或者裝置內部組件的老化速度更慢,可應(yīng)用於易損壞的製品。
能夠焊接許多種類不同的材料。例如,能將透過近紅外激光的聚碳酸脂(zhī)(PC)和30%玻纖增強的黑色聚對苯二甲酸丁二脂(PBT)連接在一起,而其它的焊接方法根本不(bú)可能(néng)將兩種在結構、軟化點和增強材料等方麵如(rú)此不同的聚合物連(lián)接起來(lái)。塑料激光焊接應用 激光焊接是一項無振動焊接技術,因此它特別適合用於鼠標(biāo)、移(yí)動電話、連接器(qì)等加(jiā)工精密的電子元器件,以及(jí)那些需要以更清潔的方式來熔接的複雜部件,例如含有線(xiàn)路板的塑料(liào)製品、醫療設備等。
在汽車工(gōng)業中,激光焊接塑料(liào)技(jì)術可(kě)用於製造很多汽車零部件,如自動(dòng)門鎖(suǒ)、無(wú)鑰匙進出設備、燃油噴嘴(zuǐ)、變檔機架、發動機傳感器、駕駛室機架、液壓油箱、過濾架(jià)、前燈和尾燈等。其(qí)它汽車方麵的應用還包括進氣管光歧管的製造以及(jí)輔助水泵的製造。 在醫學領域,激光焊接技術(shù)可用於製造液(yè)體儲槽、液體過濾器材、軟管連接頭、造口術袋子、助聽 器(qì)、移植體、分析用的(de)微流體器件等。
激(jī)光還可以將塑料薄膜焊接在一起(qǐ),它沿著薄膜(mó)的邊緣移動,通過粘接(jiē)作用形成一個包裝(zhuāng)用的封體結構。操作過程可以完成的非常快。TWI的資料顯示,使用100 W的二氧化碳激光,可以每分鍾100米的速(sù)度焊接100微米的聚(jù)乙烯薄膜。
新(xīn)材料激活激光焊接應用
研究表明,聚合物對近紅外線激光的透射率至少達到20-50%,采用激光焊接(jiē)技術才能(néng)獲得優良的焊接效果。絕大多數本色塑料和很多有色半透明(míng)塑料,都能夠達到此透光率要求,換句(jù)話說,激光焊接可以應用於絕大部(bù)分塑料。
另一方(fāng)麵,塑料對近紅外線激光的吸收率也是影響激光焊接(jiē)效果的(de)重(chóng)要因素。大多數熱塑性(xìng)塑料可通過加入適量的(de)炭(tàn)黑,大幅提高其對激光的吸收率,但是對一些材料而言,激光焊接的(de)應用還存在一定局限性。例如,如(rú)果兩種材料均為透明或者白(bái)色(sè),近紅外線激光都能透射通過,致使材料對近紅(hóng)外線激光的吸收極低,在這種情況下即不能采用激光焊接。另一個典型例子是(shì)PPS和LCP塑料(liào),兩種材料對近紅外線激光的(de)透射率(lǜ)很低(dī),若光(guāng)兩(liǎng)種材(cái)料(liào)同時填充炭黑,則由於激光無法穿透而無法激光焊接。此外,許多礦物填充的化合物,也不適宜用激光來焊接。
為克服激光焊接的這些(xiē)局限性,一些(xiē)塑(sù)料生產商積極研究開發有助(zhù)於改(gǎi)善激光透射率及吸(xī)收率的(de)新材料,並取得了可喜的進展,為激光焊(hàn)接技術帶來更廣闊的應用前景。
Clearweld激光焊接工藝
Clearweld激光焊接工藝是Gentex公司的一項專利技術,其關鍵在於大大提高了激光能量吸收的新材料。一般塑料激焊(hàn)接中,常采用在熔接部件中添加碳黑的方法(fǎ)以增加(jiā)熔接部件(jiàn)對近(jìn)紅外(wài)線激光吸收,然(rán)而,碳黑的使用限製(zhì)了塑料(liào)製(zhì)品的色彩。Clearweld工藝則采用(yòng)了極易吸收近紅外線激光的無色Clearweld材料(淨焊材料(liào)),通過在待焊接部件表麵(miàn)塗敷一層極薄的Clearweld材(cái)料,或者(zhě)將Clearweld材料混合於將要模注成(chéng)型的樹脂中,在激光焊接過程中(zhōng),Clearweld材料作為Nd:YAG或二極管激光(guāng)器的焦點,將激(jī)光能量高效轉換為(wéi)熱量,以加熱熔接(jiē)基底(dǐ)材料,實現快速高質量焊接。
采用波長(zhǎng)為808 nm至980 nm的近紅外二極管激光器,或波長1064 nm的Nd:YAG激光器進(jìn)行激光焊時,可以考慮使(shǐ)Clearweld材料。采用吸收劑塗層工藝,應選擇(zé)940 nm至1064 nm波長激光器,而采用添加(jiā)吸收劑(jì)的樹脂,於(yú)整個近紅外頻譜的激光器(qì)均可使用。
Clearweld淨焊材料吸收劑塗層,可以通過工業噴墨打印機(jī)或噴射(shè)係統(tǒng)噴到接(jiē)合麵。
Clearweld工藝使可以進行激光焊接(jiē)的領域得以擴展(zhǎn),各種(zhǒng)剛性或軟質塑料、透明的或不(bú)透的,甚至各種顏色不透明的塑料製品,都可以通(tōng)過激光(guāng)焊接進行熔接。
此外(wài),Clearweld工藝還提供了更好的設計、工程及製造靈活性,用戶可(kě)以選擇更豐富的色彩,焊接的實現(xiàn)也更容易(yì)、更具經濟性。
- 實際應用中哪種(zhǒng)焊接方法最為理想,需要根據產品設計與製造的具體要求、參考“各種塑料焊接工藝比較”而確定。