激光塑料焊接
為什么選用激光塑料焊接？有什么優(yōu)勢(shì)？
相比于傳統(tǒng)的接觸式焊接，激光塑料焊接優(yōu)勢(shì)明顯。首先，激光焊接是無(wú)接觸式焊接;其次，焊點(diǎn)位置通常位于兩個(gè)重疊件的界面處，焊接區(qū)域被隱藏，看起來(lái)比較美觀，并且不污染焊接零件的表面。
傳統(tǒng)的塑料焊接技術(shù)，如超聲波或熱沖壓，兩塊塑料焊接在一起都不可避免地影響外表面。非接觸激光塑料焊接，利用激光在聚合物鏈中部分透射、反射、散射以及吸收實(shí)現(xiàn)焊接。通過(guò)選擇合適的激光參數(shù)，可以在塑料的選定位置產(chǎn)生足夠的熱量，以實(shí)現(xiàn)熔化和粘接。
激光焊接工藝應(yīng)該在產(chǎn)品開發(fā)的早期就建立起來(lái)。有些不是為激光焊接專門研發(fā)的塑料產(chǎn)品，有時(shí)也能用激光實(shí)現(xiàn)焊接;但如果在塑料產(chǎn)品研發(fā)的早期階段，就將激光焊接工藝考慮進(jìn)來(lái)，將會(huì)大大減少激光焊接中可能出現(xiàn)的一些問(wèn)題。
塑料產(chǎn)品具有優(yōu)異的機(jī)械、幾何、熱力學(xué)和光學(xué)等特性，因此塑料產(chǎn)品的激光可焊接性由以下因素決定：
所選擇的材料是否適配?適配性是指被焊接的兩種塑料，在熔化溫度、化學(xué)性能、機(jī)械特性以及幾何和光學(xué)屬性方面所表現(xiàn)出的特性，是否適合焊接在一起。
激光束能否有效地通過(guò)上層塑料傳輸?shù)浇唤缑?，以及底層塑料能否在焊接區(qū)吸收激光能量產(chǎn)生熱量?
在焊接過(guò)程中，零件是否能夠有效地貼合在一起，施加的力是否能夠控制?零件的幾何形狀是否能讓零件很好地貼合而不會(huì)產(chǎn)生間隙?
在幾何形狀固定的情況下，激光能量能否有效地傳遞到塑料零件并產(chǎn)生熱量?
熱力學(xué)和化學(xué)性質(zhì)相適配
塑料的熔點(diǎn)比金屬低很多。工程塑料的熔點(diǎn)約為250°C。有些塑料的熔點(diǎn)要高一些，例如聚醚醚酮(PEEK)，熔點(diǎn)在350~400℃之間。當(dāng)兩種塑料的熔點(diǎn)溫度相匹配的時(shí)候，有助于熔池的混合，提高再凝固時(shí)的機(jī)械強(qiáng)度。熔化溫度相匹配的兩種塑料，特別適合用激光焊接。
此外，塑料的化學(xué)成分也是一個(gè)重要的影響因素。例如，盡管高密度聚乙烯(HDPE)與低密度聚丙烯(PP)屬于同族材料，但是這兩種塑料卻無(wú)法焊接到一起。而低密度聚乙烯(LDPE)與聚丙烯就能實(shí)現(xiàn)焊接。因此激光塑料焊接必須要考慮被焊材料的組合。
光學(xué)性質(zhì)匹配
在材料加工中，所用的激光是單色或者帶寬很窄的相干可聚焦光束，波長(zhǎng)在800nm~2μm范圍內(nèi)的近紅外和紅外激光，在塑料焊接中應(yīng)用較為廣泛。這些波長(zhǎng)比人眼可見的532nm的綠光及635nm的紅光要長(zhǎng)。激光波長(zhǎng)為800~2000nm時(shí)，被焊接的塑料必須在這個(gè)范圍內(nèi)有一定程度的透射和吸收。
塑料一般是半晶態(tài)結(jié)構(gòu)，有晶相和非晶相。激光照射塑料時(shí)，除了引起透射和吸收外，非晶態(tài)和晶態(tài)之間的折射率差異，還會(huì)對(duì)激光產(chǎn)生散射和反射。半晶態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)焊接的影響，主要取決于對(duì)激光產(chǎn)生的散射和反射的強(qiáng)度。因此，通過(guò)有效的光學(xué)設(shè)計(jì)，可以讓激光透過(guò)上層塑料，在下層塑料上產(chǎn)生吸收。有時(shí)，需要在塑料中摻入添加劑，提高對(duì)激光的吸收能力。在塑料產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該考慮摻入添加劑是否合適——例如在用于醫(yī)療器械的塑料中摻入添加劑能否通過(guò)FDA測(cè)試?
Infrared laserbeam：紅外激光
Top plasticpart, transmission：上層塑料，透光
Lower plasticpart, absorption：下層塑料，吸光
Encapsulatedlaser weld at plastic interface: 塑料接觸界面焊縫被密封
一些塑料中含有玻璃纖維(如聚酰胺PA-66.通常稱為尼龍)。玻璃纖維的含量，會(huì)影響激光的透過(guò)率，玻璃纖維濃度較高的地方，激光透射率較低。
