激光塑料焊接机的实际应用

2021-04-22 13:26:44

激光焊接机因其局部加热、精密加工、非接触性加热等优点被越来越广泛地应用在医疗器械的各个领域。

  与其他常用的焊接技术相比,激光焊接技术几乎不产生焊渣和碎屑,而且焊接过程中不需要添加任何粘合剂,因而可在洁净室中完成整个焊接工作。激光焊接技术大大地促进了医疗器械的发展,比如有源植入式医疗器械的外壳封装、心脏支架的不透射线标记、耳垢防护器、球囊导管等均离不开激光焊接的使用。

  塑料激光焊接机原理

  激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种焊接方法,即激光辐射加热工件表面,表面热量通过热传导向内部扩散,使工件熔化,形成特定的熔池。如下图所示,激光束通过上层透光材料,然后被下层材料吸收,激光能量被吸收后转换为热能,由于两层材料被压在一起,热能从吸收层传导到透光层上,使得两层材料熔化并结合。

  塑料激光透射焊接原理

  同时由于材料本身的热膨胀扩张产生内部压力,内部压力与外部压力共同作用确保了两部分的坚固焊接。以上两图直观地说明了塑料激光焊接的原理与过程。

  可见激光光束的能量必须被塑料吸收,才能达到良好焊接效果,因此塑料激光焊接一般采用半导体激光。另外,并不是所有塑料都能用激光焊接焊接。塑料可区分为热固性与热塑性两类。其中热固性塑料不具有重复成型性,也不能焊接,而热塑性塑料再加热后又会熔化(即可运用加热及冷却,使其产生可逆变化),是所谓的物理变化,因此具有可焊接性。

  塑料激光焊接工艺

  (1)激光的波长

  塑料焊接过程中常用的是二极管激光器或半导体激光器。光束处于近红外区域,并且光束波长在400~1,100μm,可以通过光纤传输,在这个范围内的激光束可以被大多数的塑料所吸收。二极管激光焊接系统紧凑,并且激光器还可以达到更高级别的功率。激光的波长可以根据特殊要求来设计。半导体激光器的波长一般是808~980μm。半导体激光器投资成本小,体积小,效率高。

  (2)塑料材料

  热塑性塑料包含无定形塑料和半晶性塑料。能够被激光焊接的塑料均属于热塑性塑料。理论上,所有热塑性塑料都能够被激光焊接。

  塑料激光焊接技术对被焊接塑料的要求为:在热作用区内的材料,要求对激光光波的吸收性好;不属于热作用区部分的材料,则要求对光波的透过性好,尤其在对两件薄塑料件进行叠焊时更是如此。一般向热作用区塑料中添加吸收剂可以达到目的。

  (3)吸收剂

  吸收剂的应用是塑料激光焊接工艺中非常重要的工艺。塑料激光焊接的本质是将热作用区的待焊接塑料融化,随后冷却自然实现塑料件的接合。让塑料融化需要使塑料件吸收足够的激光能量。

  通常理想的吸收剂是碳黑,碳黑能够将红外波长的激光能量基本全部吸收,从而大大提高塑料的热吸收效果,使得热作用区的材料融化得更快、效果更好。一些其他颜色的染料,也能够起到相同的吸收光波的效果。