探索激光技術在塑料焊接中的優勢

汽車、化學和制藥行業以及不可忽視的醫療機構都要求大批量的緊湊、易于使用和密封的塑料部件。由于大功率基于二極管的光纖耦合激光源的可用性，塑料焊接正在迅速征服所有這些領域。除了更高的吞吐量和更小的焊接細節外，客戶還渴望降低顏色敏感性和清晰的接頭。后者可以通過 萊塞激光 模塊在 2 ?m 到 3 ?m 范圍內使用，因為大多數熱塑性塑料的吸收增加。我們獨特的“整流偏振光束組合”技術使我們能夠在 CW 中達到高達 105 W 的功率。

什么是激光塑料焊接？

如今，激光塑料焊接是一種常用的技術，通過激光輻射相互作用將多個定制的塑料部件無接觸地組合在一起。它是一種材料加工應用程序，不斷獲得更多關注，并且正在不斷發展以適應工業需求。激光塑料焊接最適用于熱塑性塑料，例如 PA6、PMMA、PEEK、PTFE 和 TPU。還有更多，但這只是可能的候選人的選擇。有些組合比其他組合具有更強的焊接強度，可以在表格中查找。在特定類型的特定溫度范圍內，熱塑性塑料在分解之前會形成液相。基于這些溫度窗口，可以選擇合適的組合。

通常，焊接方法可分為兩種主要方案（簡化）。

• 穿透式激光焊接

• 標準透射激光焊接

圖 1： 示意性地顯示了標準透射激光焊接，其中由于入射激光的完全吸收，能量沉積發生在下部。能量吸收是由使用不同的塑料或添加 IR (~1 ?m) 吸收劑顆粒引起的。圖2：

說明了所謂的從透明到透明的激光焊接方案。這里使用的現像是不同的，因為能量通過更長波長（> 2 ?m）激光的更高固有吸收而沉積在塊狀材料中。這種方法允許多層焊接。

第一種方案要么在兩種不同的塑料之間建立，要么在相同的塑料之間建立，而在后一種情況下，較低的一種具有紅外吸收添加劑或不同的顏色。對于穿透式激光焊接，能量沉積發生在兩個部分的接合部分，通過完全吸收來自下部的輻射。這可以在圖 1a 中看到。通常使用的波長在 808 nm 和 1064 nm 之間。而 808 nm 到 1060 nm 的范圍可以被高功率直接二極管激光器覆蓋，而 1030 nm 和 1064 nm 是 Yb 和 Nd 摻雜激光器的發射線。

另一種方法稱為“從透明到透明”激光焊接，該方案中使用的物理原理與第一種方法有所不同。示意圖如圖 1b 所示。大多數熱塑性塑料在 SWIR (> 2 ?m) 光區域內具有增加的本征吸收，這使得體能沉積成為可能。根據要焊接的塑料，與 1 ?m 附近的激光相比，2 ?m 直接基于二極管的激光源可以提供 20% ? 30% 的更高吸附。由于能量沉積發生在塊狀材料內部而不是下部，因此可以創建多層接頭，這對于下一代微流控芯片/設備很有用。

需要克服哪些挑戰？

本節特別關注從透明到透明的接頭，其中相同塑料的兩個部分焊接在一起。顧名思義，這兩個部分在可見光范圍內都是清晰的，并且在 SWIR (> 2 ?m) 光區域內具有更高的固有吸收。由于不需要的吸收或反射，顏色和白色塑料對使用的標準光源（808 nm 至 1060 nm）造成了額外的困難。重要的焊接參數是：

1. 光功率：大約 100 W 到 200 W 的 CW 可為您的生產過程提供合理的吞吐量。萊塞激光 可提供 940 nm 和 980 nm 的 200 W 以及 2 ?m 和 3 ?m 的 105 W。

2. 光束質量：源尺寸決定了“初始”M 2值，該值直接轉化為最小光斑尺寸和/或焊透厚度。通常使用 200 ?m 的纖芯。

3. 光束形狀：頂帽狀或超高斯強度分布將防止焊縫內部出現熱點，并可以提高焊縫質量。同時需要權衡以匹配焊縫的結構尺寸。

4. 墻插效率：基于激光二極管的解決方案比其他激光系統提供更高的總 WPE 值，這使其成為聚合物焊接的絕佳解決方案。我們的@FLEX 模塊在 2 ?m 到 3 ?m 可以達到 10%。

除了達到這些參數外，還需要徹底規劃機械裝配的設置，并且可以通過正確選擇光束傳輸來提高焊接質量，例如，可以使用光導來均勻化焊點。