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2023
塑料激光焊接加工技術(shù)（一）
新技術(shù)為許多新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供了現(xiàn)實(shí)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(jìn)行封裝時(shí)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?yàn)橹挥煤苌俚臒崃枯斎虢Y(jié)構(gòu)件，因此，只會(huì)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(qiáng)度，并且由于熔化物溢出或氣化很少而獲得無(wú)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(qiáng)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(shí)代，人們不僅要了解激光焊接的特性、優(yōu)點(diǎn)和要求，還應(yīng)認(rèn)識(shí)到此領(lǐng)域的諸多創(chuàng)新和未來(lái)趨勢(shì)，始終處于科技的最前沿。 塑料的激光焊接是與對(duì)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(qiáng)的吸收性能。重要的是，在2個(gè)焊接件之間要避免產(chǎn)生裂縫。在激光焊接過(guò)程中，吸收性的零件升溫并且局部熔化，通過(guò)熱傳導(dǎo)將能量傳遞到透光的零件，在外部的壓力下2個(gè)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(gè)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(guò)原材料強(qiáng)度的焊接縫。 目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上普遍使用的塑料焊接技術(shù)主要有振動(dòng)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(diǎn)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(guò)程中樹(shù)脂降解少、產(chǎn)生碎屑少，不會(huì)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(dòng)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(shù)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(duì)有些復(fù)雜零件甚至可以進(jìn)行“穿透焊接”；無(wú)振動(dòng)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(lái)，而其他焊接方法有較大限制；設(shè)備自動(dòng)化程度高，能方便用于復(fù)雜塑料零部件加工。擅長(zhǎng)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(diǎn)，所以特別吸引那些尋求更清潔的方式來(lái)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(qiáng)輻射波熔化接頭區(qū)的塑料。所用激光的類(lèi)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(dòng)應(yīng)力和熱應(yīng)力。比采用其它連接方式所產(chǎn)生的振動(dòng)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(jī)會(huì)。 很多不同種類(lèi)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(zhǎng)在810到1064nm。例如：激光焊接將能透過(guò)近紅外線激光的聚碳酸酯(PC)和30％的玻纖增強(qiáng)的黑色聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)連接在一起。 激光焊接沒(méi)有殘?jiān)膬?yōu)點(diǎn)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(chē)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(shí)，它們有良好的適應(yīng)性。例如：可以將二極管激光排列起來(lái)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(lái)，以獲得特殊應(yīng)用所需要的高焊接功率。 激光焊接方式對(duì)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(duì)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(shí)，由于兩種材料都是黑色，它們是不能被焊接在一起的。這對(duì)于汽車(chē)外殼下的設(shè)備和其他黑色的裝置采用激光焊接來(lái)說(shuō)是一個(gè)障礙。同樣，兩種對(duì)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(duì)近紅外光的吸收很少，所以也不能用激光焊接。對(duì)于醫(yī)藥、包裝和消費(fèi)品來(lái)說(shuō)，因?yàn)檫@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(qiáng)物能夠改變近紅外線激光的透射率，降低焊接效率。不過(guò)原料供應(yīng)商的配方中的玻纖含量通常不會(huì)超過(guò)這個(gè)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(fèi)用昂貴，無(wú)法和更早的塑料黏接技術(shù)相競(jìng)爭(zhēng)，如振動(dòng)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(kāi)始，由于激光焊接的設(shè)備費(fèi)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(wú)菌環(huán)境(如醫(yī)療器械和食品包裝)時(shí)，激光焊接技術(shù)就能派上很大用場(chǎng)。激光焊接技術(shù)速度快，特別適用于汽車(chē)塑料零部件的流水線加工。另外，對(duì)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)。
熱板機(jī)如何操作控制系統(tǒng)？
1、熱板機(jī)采用可編程控制器（PLC）、觸摸屏控制全操作過(guò)程，既可全自動(dòng)操作, 也可手動(dòng)操作。如下幾點(diǎn)： ? ? 2、設(shè)備各端安裝雙緊急停車(chē)按鈕和開(kāi)關(guān)按鈕和報(bào)警裝置。 3、參數(shù)設(shè)置界面加密碼鎖定，以防非授權(quán)人員修改并設(shè)定參數(shù)。 4、控制盤(pán)面板上設(shè)置狀態(tài)指示燈，機(jī)器各種狀態(tài)均可顯示在控制盤(pán)面板上。 5、配有獨(dú)立的配電箱，電路方面進(jìn)行功能分塊，強(qiáng)電、弱電分區(qū)控制，在設(shè)備維修時(shí)，一目了然，以便于維護(hù)。 6、電控柜(與機(jī)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(shè)備運(yùn)行各種參數(shù)(熱熔時(shí)間、固化時(shí)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(dòng))，自動(dòng)焊接，參數(shù)設(shè)置。
一種模塊化熱板焊接單元的設(shè)計(jì)
們常常聽(tīng)到客戶抱怨：“我們只需要焊接這么小的零件，為什么要賣(mài)給我這么大的設(shè)備，價(jià)格太貴了”，“你們的設(shè)備能不能賣(mài)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(dòng)化集成"。對(duì)于客戶的抱怨，我們會(huì)耐心的解釋?zhuān)墙Y(jié)果還是”不可以“。 包括常見(jiàn)的熱板/紅外焊接設(shè)備，激光焊接設(shè)備和超聲焊接設(shè)備等，都存在這樣的問(wèn)題。今天，我們來(lái)看一看Extol是如何通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)來(lái)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(shè)備（圖1），適合大型罐體和部件的焊接。如果要對(duì)汽車(chē)部件上的管件、支架和蓋板進(jìn)行焊接，往往這類(lèi)零件最大尺寸小于100mm，就顯得”大材小用“和”價(jià)格昂貴“。 熱板焊接是用加熱板將兩個(gè)塑料件焊筋熔化再連接在一起的過(guò)程。首先，將上下塑料件的焊筋與加熱板接觸。熱板熱量傳導(dǎo)到焊筋使其熔化。然后，移開(kāi)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(biāo)準(zhǔn)的熱板焊接設(shè)備，將好幾個(gè)小零件焊接到I一個(gè)主體部件上，典型部件如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)艙室內(nèi)的歧管，長(zhǎng)而曲折主體上要焊接多個(gè)異性支架。若采用多臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，無(wú)疑是價(jià)格昂貴。為此Extol的工程師們開(kāi)發(fā)了一款模塊化的熱板焊接單元，輕便緊湊的設(shè)計(jì)，非常方便的安裝在自動(dòng)化線上。經(jīng)濟(jì)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(guò)伺服或者電缸控制上下移動(dòng)。一側(cè)的加熱板通過(guò)氣缸上下移動(dòng)。在焊接過(guò)程中，放置在上模具的零件壓住熱板，并推動(dòng)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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