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新型透明塑料激光焊接案例(多图)
塑料激光焊接工艺热影响范围小,具有不会产生飞边、无粉尘、无烟气的特点,其在制造业的应用越来越受欢迎,比如在汽车医疗、家电以及电子电器行业等的应用。同时,自动化塑料激光焊接设备能实现非常高的产量,同时几乎不需要任何日常耗材,设备的维护也相当简单。本文就透明塑料激光焊接做一个简单介绍。


一、塑料激光焊接概况

传统意义上的塑料激光焊接指的是激光穿透焊接,上层塑料要能够让激光可以穿透,下层工件要能够吸收激光的能量。因此,上层塑料部件一般为本色塑料,下层塑料一般为黑色塑料。


新型的透明塑料激光焊接可将将两种透明材料焊接在一起,元件接合无机械振动、热效应小。比如医疗、食品、汽车、消费电子等行业都是它的理想应用领域。

二、透明塑料激光焊接原理

透明塑料焊接并不是借助吸收剂吸收激光能量来融化焊缝处进行焊接,因为这个方法一方面激会产生额外的耗材成本,增加生产成本;另一方面,生产上多一道喷涂工艺会额外增加设备、耗材及制造风险。


塑料透明焊接主要是由塑料对于不同波段激光所表现出来的不同穿透与吸收特性以及特定的激光波长和激光头来实现的,具体详情如下所示:


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不同塑料激光穿透率


如上是一张不同材料对于不同波长激光的穿透率的图表。传统的塑料激光穿透焊接使用的激光波长一般在900-1000nm,可以看到在这一波段,塑料对于激光的穿透率非常高,可以达到85-95%。


由于T(穿透率)+R(反射率)+A(吸收率)=1,材料对于激光的反射率可以忽略不计,因此在这一波段,塑料对于激光的吸收率非常低,只有5-10%都不到。而如果我们观察激光波段2000-2100nm,我们发现PMMA和PC等透明材料在这一波段的透光性只有5-20%,相应的对激光的吸收率就会高达80%以上。


如此,如果使用2000nm左右的激光,就可以对透明的塑料材料进行激光焊接。但这又会产生另一个问题,上下两个透明的塑料都能够吸收激光的功率,如何才能实现有效的焊接呢?


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激光穿透塑料时的表现

       

在激光打到塑料上时,如果塑料表面有很高的吸光效能,比如材料是黑色的。或者在激光的焦点处,此时大部分的激光能量都会被材料表面吸收进而熔化塑料进行焊接。


如果材料在远离激光焦点的位置,激光通过的时候,能量会被塑料通体吸收,塑料发烫但不足以熔化材料。因此,对于透明塑料的激光焊接,我们选取2000nm左右波段的激光以确保PC、PMMA等透明塑料可以吸收激光的能量。


我们还需要使用极短焦距的激光头将光束聚焦成光斑,这种镜头的特性在于镜头出光口的光束直径要远大于焦点的光斑。在激光通过上层工件时,由于光束直径很大,因此其能量密度不足以熔化上层工件。而激光的焦点就在焊缝处,由于焦点足够的能量密度将塑料熔化完成焊接。


三、应用实例
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PE+PE,PP+PE管--医疗行业元件

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 双层透明保温杯--食品行业

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PFA膜、PFA管--半导体制造装置元件

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各种工程树脂 --汽车、消费电子行业

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图片各种密度非织造布--纺织业


图片  PC   t=3mm                  PVC      t=3mm


综上,对于透明塑料的激光焊接,选取2000nm左右波段的激光可确保PC、PMMA等透明塑料吸收激光的能量,同时使用极短焦距的激光头,满足上述两个条件透明塑料的焊接在不添加吸收剂条件下方可完成,塑料激光焊接技术在医疗行业的应用大有可为。


本文案例来源:大族激光

本文内容来源:www.laserpolymer


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