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2023
塑料激光焊接加工技術（一）
新技術為許多新產(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，在進行封裝時就需要用到塑料激光精細焊接技術。 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、新設備和新技術層出不窮的時代，人們不僅要了解激光焊接的特性、優(yōu)點和要求，還應認識到此領域的諸多創(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)、具有復雜幾何形狀的塑料件以及有嚴格潔凈要求的塑料制品(醫(yī)藥設備)等。應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力和熱應力；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)構復雜的零件，對有些復雜零件甚至可以進行“穿透焊接”；無振動技術能產(chǎn)生氣密性的或者真空密封結(jié)構；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；設備自動化程度高，能方便用于復雜塑料零部件加工。擅長焊接具有復雜外形(甚至是三維)的制品；能夠焊接其他方法不易達到的區(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雜部件的加工商，如含有線路板的塑料制品、醫(yī)療設備等。 激光焊接技術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力和熱應力。比采用其它連接方式所產(chǎn)生的振動應力和熱應力小，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，它們有良好的適應性。例如：可以將二極管激光排列起來以生成復雜的線狀焊縫；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。 激光焊接技術最早出現(xiàn)在20世紀70年代，但是由于費用昂貴，無法和更早的塑料黏接技術相競爭，如振動焊接技術、熱板焊接技術。但是從20世紀90年代中期開始，由于激光焊接的設備費用下降，該技術才漸漸受到人們的歡迎。當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，激光焊接技術就能派上很大用場。激光焊接技術速度快，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雜的幾何體，可以考慮使用激光焊接技術。
熱板機如何操作控制系統(tǒng)？
1、熱板機采用可編程控制器（PLC）、觸摸屏控制全操作過程，既可全自動操作, 也可手動操作。如下幾點： ? ? 2、設備各端安裝雙緊急停車按鈕和開關按鈕和報警裝置。 3、參數(shù)設置界面加密碼鎖定，以防非授權人員修改并設定參數(shù)。 4、控制盤面板上設置狀態(tài)指示燈，機器各種狀態(tài)均可顯示在控制盤面板上。 5、配有獨立的配電箱，電路方面進行功能分塊，強電、弱電分區(qū)控制，在設備維修時，一目了然，以便于維護。 6、電控柜(與機器一體化安裝) ? ? 7、可編程控制器，安裝在電控柜內(nèi) ? ? 8、氣路采用集成一體化氣路模塊，氣路整齊明了，美觀大方 ? ? 9、按鈕操作面板 ? ? 10、可輸入設備運行各種參數(shù)(熱熔時間、固化時間、加熱溫度等) ? ? 11、安裝在操作者左側(cè) ? ? 12、全部功能均能在操作面板上操作：調(diào)試(手動)，自動焊接，參數(shù)設置。
一種模塊化熱板焊接單元的設計
們常常聽到客戶抱怨：“我們只需要焊接這么小的零件，為什么要賣給我這么大的設備，價格太貴了”，“你們的設備能不能賣焊接的部件給我，外圍框架太大了我不要，這樣我這里方便自動化集成"。對于客戶的抱怨，我們會耐心的解釋，但是結(jié)果還是”不可以“。 包括常見的熱板/紅外焊接設備，激光焊接設備和超聲焊接設備等，都存在這樣的問題。今天，我們來看一看Extol是如何通過模塊化設計來給客戶提供意料之外的產(chǎn)品。 Extol的主打產(chǎn)品之一是伺服熱板焊接設備（圖1），適合大型罐體和部件的焊接。如果要對汽車部件上的管件、支架和蓋板進行焊接，往往這類零件最大尺寸小于100mm，就顯得”大材小用“和”價格昂貴“。 熱板焊接是用加熱板將兩個塑料件焊筋熔化再連接在一起的過程。首先，將上下塑料件的焊筋與加熱板接觸。熱板熱量傳導到焊筋使其熔化。然后，移開加熱板并將上下件壓緊直到它們彼此牢固連接。 客戶的挑戰(zhàn)：采用標準的熱板焊接設備，將好幾個小零件焊接到I一個主體部件上，典型部件如汽車發(fā)動機艙室內(nèi)的歧管，長而曲折主體上要焊接多個異性支架。若采用多臺標準設備，無疑是價格昂貴。為此Extol的工程師們開發(fā)了一款模塊化的熱板焊接單元，輕便緊湊的設計，非常方便的安裝在自動化線上。經(jīng)濟性和靈活性滿足了客戶的要求。 EXTOL模塊化熱板焊接單元的工作原理：較低的下模具可以固定較大的零件。較高的上模具通過伺服或者電缸控制上下移動。一側(cè)的加熱板通過氣缸上下移動。在焊接過程中，放置在上模具的零件壓住熱板，并推動熱板一起壓住下模具上的零件。一旦熔化完成，上模具后退，加熱板收回。最后，上模具將零件下壓到下模具上的零件，將兩者焊接在一起。
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