打破傳統(tǒng)局限線激光器將塑料焊接技術(shù)發(fā)揮極致

1、透明、白色或米色的大面積熱塑性塑料部件將過程控制激光焊接技術(shù)發(fā)揮到了極致。現(xiàn)在，由于線激光器功率的進(jìn)一步提高，可在千瓦級(jí)范圍內(nèi)實(shí)施加工，同時(shí)在波長(zhǎng)明顯增大的情況下實(shí)現(xiàn)無吸收激光透射焊接，因此這些局限已被打破。除了點(diǎn)狀光源外，德國(guó)多特蒙特的Limo Lissotschenko Mikrooptik GmbH現(xiàn)在還提供二極管線激光器(型號(hào)：L3 Limo線激光器)。該激光器利用專利的光束成形技術(shù)，可生成特別均質(zhì)、高能的激光線段。與圓形激光光束輪廓不同的是，線激光器可同時(shí)均勻地形成整個(gè)焊接輪廓，從而獲得更快的加工速度。L³ Limo線激光器技術(shù)另外，激光線強(qiáng)度均勻的分布，以及激光連

2、續(xù)進(jìn)行波形作業(yè)可確保加工效果持續(xù)穩(wěn)定。當(dāng)焊接塑料時(shí)，可采用不同的激光焊接方法，如掩模焊接、全面同步焊接等。全面同步焊接時(shí)，部件焊接幾乎是在瞬間完成(具體取決于塑料類型和部件的壁厚)。這種速度極快的“一次完成”焊接技術(shù)，具有諸多優(yōu)勢(shì)，并極大降低了翹曲和熱應(yīng)力。另外，線激光器的光束可以導(dǎo)直，用于焊接，不再需要另外配光纖。這樣，加工過程中的激光能量就直接施加到工件上，再加上循環(huán)時(shí)間得到優(yōu)化，能量損失也顯著降低。因此，這種加工方法與激光束通過激光掃描儀在部件上來回掃描幾次的準(zhǔn)同步焊接有很大差別。除了不再需要運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(部件和激光之間不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng))外，該方法的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，加工周期更短。兩種優(yōu)勢(shì)加在一起

3、，降低了生產(chǎn)成本，提高了每次焊接的質(zhì)量。這也是為何一家大型醫(yī)療技術(shù)企業(yè)采用這一技術(shù)加工其塑料灌注容器的原因。此外，線激光器完全同步焊接技術(shù)還用于生產(chǎn)平面3D輪廓。與高精度加工焦點(diǎn)的常規(guī)焦點(diǎn)光學(xué)不同，線激光器的工作距離只需要滿足10mm公差即可。采用模塊化結(jié)構(gòu)打造復(fù)合焊接系統(tǒng)當(dāng)前市場(chǎng)的需求是模塊化設(shè)計(jì)的定制系統(tǒng)解決方案。除了采用“簡(jiǎn)單的”線性激光模塊外，這種方法還可以結(jié)合二極管激光器，形成模塊化結(jié)構(gòu)的激光線，滿足各種不同產(chǎn)品的加工需要。這些線可以在幾秒鐘內(nèi)完成同步焊接面積大、形狀復(fù)雜的塑料部件。在一個(gè)應(yīng)用實(shí)例中，Limo與一家機(jī)械工程公司合作，開發(fā)了采用4個(gè)激光模塊(見激光在所加工的塑料部件外殼

4、的三個(gè)面板上形成多個(gè)不同長(zhǎng)度的焊縫，并在0.5-3秒鐘內(nèi)完成部件焊接。另一個(gè)特別解決方案為不同汽車供應(yīng)商而開發(fā)。在這個(gè)案例中，激光線被分成15個(gè)獨(dú)立控制的線段(1.5mmx21mm)，這意味著激光束只會(huì)對(duì)著需要焊接的特定點(diǎn)位。這種一個(gè)連著一個(gè)的激光線(4kW線激光器，激光長(zhǎng)度為320mm、線寬1.5mm)，在流程控制過程中降低了能量損失，整體效率可高達(dá)60%。這些例子說明，Limo不只是生產(chǎn)線激光器，它還將它們用于開發(fā)適合工業(yè)用途的成套解決方案 。這意味著，通過與機(jī)械工程企業(yè)一起合作，有望開發(fā)出定制的、必要時(shí)可配備功率強(qiáng)大、可靠的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)線性激光系統(tǒng)。這種所有焊接區(qū)域都同時(shí)完成、速度特別快

5、的焊接作業(yè)質(zhì)量，最終取決于這個(gè)過程控制。但是，該技術(shù)同樣也可以裝入現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備。這類系統(tǒng)目前已經(jīng)在汽車領(lǐng)域的多個(gè)生產(chǎn)商和供應(yīng)商處得到應(yīng)用。根據(jù)各種不同需求以及可能有的多種應(yīng)用，已經(jīng)開發(fā)出10W-15kW的線激光器，它們可以生成，如長(zhǎng)介于1mm-350mm、寬介于0.05mm-10mm的均質(zhì)激光。無吸收材料的激光透射焊接炭黑顆粒作為經(jīng)濟(jì)的吸收劑加入到塑料中，被證明在很多不同應(yīng)用中都很有效。這種方法可用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙部件的生產(chǎn)，這些部件本身是黑色的。如，一家很著名的汽車供應(yīng)商使用線激光器焊接了大量汽車鑰匙用黑色塑料殼。在高技術(shù)含量的材料結(jié)合以及嚴(yán)格的法規(guī)要求(FDA)發(fā)揮著著重要角色的醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域

6、，采用了波長(zhǎng)更長(zhǎng)的新激光系統(tǒng)，它們甚至可以在不加吸收材料的情況下完成焊接。由于塑料和激光束只能在波長(zhǎng)大于1100nm時(shí)才能發(fā)生適當(dāng)?shù)闹苯幼饔?，這些系統(tǒng)在其中發(fā)揮了重要影響。因此，波長(zhǎng)介于1400nm-大約2000nm的激光特別適合用于醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，包括白色標(biāo)簽產(chǎn)品和微流控制系統(tǒng)(如，集成在一個(gè)芯片上的實(shí)驗(yàn)室)。所有這些領(lǐng)域包含著透明、白色或半透明熱塑性塑料部件的結(jié)合(圖4)。因此，Limo開發(fā)了波長(zhǎng)為1470nm的150W線激光器，可以通過將12mm的激光線從焊接部件(圖5)上方移動(dòng)，而將兩個(gè)透明或高光的白色塑料部件結(jié)合在一起。由于精密的電子部件的存在，如果與高溫計(jì)、非接觸式溫度測(cè)量傳感器一起使用，可以實(shí)現(xiàn)激光透射焊接過程的實(shí)時(shí)控制。如，如果高溫計(jì)顯示，