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2023
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塑料激光焊接加工技術(shù)（一）
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新技術(shù)為許多新產(chǎn)品的開發(fā)提供了現(xiàn)實操作性，如生物醫(yī)藥晶片大部分由塑料片組成。塑料片上有很多μm限度的結(jié)構(gòu)，在進行封裝時就需要用到塑料激光精細(xì)焊接技術(shù)。
激光焊接工藝之所以具有吸引力，是因為只用很少的熱量輸入結(jié)構(gòu)件，因此，只會產(chǎn)生可控的最小熔化量。其結(jié)果是可獲得很高的焊接強度，并且由于熔化物溢出或氣化很少而獲得無可挑剔的外觀質(zhì)量。在很小的焊接面積上可以獲得很高的強度，使得這種工藝在操作空間受到限制的條件下，比黏接工藝更優(yōu)越。在新材料、新設(shè)備和新技術(shù)層出不窮的時代，人們不僅要了解激光焊接的特性、優(yōu)點和要求，還應(yīng)認(rèn)識到此領(lǐng)域的諸多創(chuàng)新和未來趨勢，始終處于科技的最前沿。
塑料的激光焊接是與對材料要求的提高相關(guān)聯(lián)的，這些新的要求通常很難完成。所謂的激光透射焊接一方面要求激光輻射能穿透零件，另一方面要求零件有很強的吸收性能。重要的是，在2個焊接件之間要避免產(chǎn)生裂縫。在激光焊接過程中，吸收性的零件升溫并且局部熔化，通過熱傳導(dǎo)將能量傳遞到透光的零件，在外部的壓力下2個零件結(jié)合在一起。所吸收的近紅外線激光轉(zhuǎn)化為熱能，將兩個部件的接觸表面熔化，最終形成焊接區(qū)。這種焊接方法能夠形成超過原材料強度的焊接縫。
目前國內(nèi)市場上普遍使用的塑料焊接技術(shù)主要有振動摩擦焊接、熱板式塑料焊接及超聲波焊接等，主要用于連接敏感性塑料制品(含有線路板)、具有復(fù)雜幾何形狀的塑料件以及有嚴(yán)格潔凈要求的塑料制品(醫(yī)藥設(shè)備)等。應(yīng)用激光焊接熔接塑料部件，其優(yōu)點有：焊接縫尺寸精密、不透氣及不漏水；焊接牢固，可以得到高精度的焊接件。在焊接過程中樹脂降解少、產(chǎn)生碎屑少，不會出現(xiàn)飛邊，部件表面能夠精密連接；焊接設(shè)備不需要和被黏結(jié)的塑料零部件相接觸，與其他熔接方法比較，大幅減少制品的振動應(yīng)力和熱應(yīng)力；最小化熱損壞和熱變形，可以將不同組成或不同顏色的樹脂黏結(jié)在一起；可焊接尺寸極小或外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，對有些復(fù)雜零件甚至可以進行“穿透焊接”；無振動技術(shù)能產(chǎn)生氣密性的或者真空密封結(jié)構(gòu)；能夠?qū)⒍喾N不同塑料焊接起來，而其他焊接方法有較大限制；設(shè)備自動化程度高，能方便用于復(fù)雜塑料零部件加工。擅長焊接具有復(fù)雜外形(甚至是三維)的制品；能夠焊接其他方法不易達(dá)到的區(qū)域。由于激光焊接具有上述優(yōu)點，所以特別吸引那些尋求更清潔的方式來熔接復(fù)雜部件的加工商，如含有線路板的塑料制品、醫(yī)療設(shè)備等。
激光焊接技術(shù)是用通常存在于電磁光譜紅外線區(qū)的集束強輻射波熔化接頭區(qū)的塑料。所用激光的類型和塑料的吸收特性決定焊接的程度。激光焊接也極大地減小了制品的振動應(yīng)力和熱應(yīng)力。比采用其它連接方式所產(chǎn)生的振動應(yīng)力和熱應(yīng)力小，意味著制品或者裝置的內(nèi)部組件的老化速率更慢。這為將激光焊接應(yīng)用于易損壞的制品(如電子傳感器)提供了機會。
很多不同種類的材料能夠用激光焊接在一起。激光焊接使用近紅外線激光(NIR)，波長在810到1064nm。例如：激光焊接將能透過近紅外線激光的聚碳酸酯(PC)和30％的玻纖增強的黑色聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)連接在一起。
激光焊接沒有殘渣的優(yōu)點也使它比較適合應(yīng)用于以下制品：食品及藥物管理局(FDA)管制的醫(yī)藥制品、汽車制品和其他的電子傳感器。二極管激光器和釔鋁石榴石激光器用于塑料焊接時，它們有良好的適應(yīng)性。例如：可以將二極管激光排列起來以生成復(fù)雜的線狀焊縫；還可以將二極管激光發(fā)射器組合堆積起來，以獲得特殊應(yīng)用所需要的高焊接功率。
激光焊接方式對一些材料而言也存在部分局限：高性能聚合物，如PPS，聚(PEEK)和LCP，由于這些材料對近紅外光的透射率很低，因而不適合激光焊接方式；當(dāng)兩種材料中都填充炭黑時，由于兩種材料都是黑色，它們是不能被焊接在一起的。這對于汽車外殼下的設(shè)備和其他黑色的裝置采用激光焊接來說是一個障礙。同樣，兩種對近紅外線激光都透射的材料(通常是透明的或者白色的)，由于對近紅外光的吸收很少，所以也不能用激光焊接。對于醫(yī)藥、包裝和消費品來說，因為這些產(chǎn)品都要求透明。由于許多礦物填充的化合物能夠吸收近紅外線激光，所以通常不適合用激光焊接。高填充的玻纖增強物能夠改變近紅外線激光的透射率，降低焊接效率。不過原料供應(yīng)商的配方中的玻纖含量通常不會超過這個限度。
激光焊接技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，但是由于費用昂貴，無法和更早的塑料黏接技術(shù)相競爭，如振動焊接技術(shù)、熱板焊接技術(shù)。但是從20世紀(jì)90年代中期開始，由于激光焊接的設(shè)備費用下降，該技術(shù)才漸漸受到人們的歡迎。當(dāng)被黏接的塑料零部件是非常精密的材料(如電子元件)或要求無菌環(huán)境(如醫(yī)療器械和食品包裝)時，激光焊接技術(shù)就能派上很大用場。激光焊接技術(shù)速度快，特別適用于汽車塑料零部件的流水線加工。另外，對于那些很難使用其它焊接方法黏接的復(fù)雜的幾何體，可以考慮使用激光焊接技術(shù)。
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