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打破传统局限 线激光器将塑料焊接技术发挥极致

2016-01-25 10:36
潇纵
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  透明、白色或米色的大面积热塑性塑料部件将过程控制激光焊接技术发挥到了极致。现在,由于线激光器功率的进一步提高,可在千瓦级范围内实施加工,同时在波长明显增大的情况下实现无吸收激光透射焊接,因此这些局限已被打破。

  除了点状光源外,德国多特蒙特的Limo Lissotschenko Mikrooptik GmbH现在还提供二极管线激光器(型号:L_3 Limo线激光器)。该激光器利用专利的光束成形技术,可生成特别均质、高能的激光线段。与圆形激光光束轮廓不同的是,线激光器可同时均匀地形成整个焊接轮廓,从而获得更快的加工速度。

  L_3 Limo线激光器技术

  另外,激光线强度均匀的分布,以及激光连续进行波形作业可确保加工效果持续稳定。当焊接塑料时,可采用不同的激光焊接方法,如掩模焊接、全面同步焊接等。全面同步焊接时,部件焊接几乎是在瞬间完成(具体取决于塑料类型和部件的壁厚)。这种速度极快的“一次完成”焊接技术,具有诸多优势,并极大降低了翘曲和热应力。

  另外,线激光器的光束可以导直,用于焊接,不再需要另外配光纤。这样,加工过程中的激光能量就直接施加到工件上,再加上循环时间得到优化,能量损失也显着降低。因此,这种加工方法与激光束通过激光扫描仪在部件上来回扫描几次的准同步焊接有很大差别。

  除了不再需要运动系统(部件和激光之间不存在相对运动)外,该方法的另一个优势是,加工周期更短。两种优势加在一起,降低了生产成本,提高了每次焊接的质量。这也是为何一家大型医疗技术企业采用这一技术加工其塑料灌注容器的原因。此外,线激光器完全同步焊接技术还用于生产平面3D轮廓。与高精度加工焦点的常规焦点光学不同,线激光器的工作距离只需要满足±10mm公差即可。

  采用模块化结构打造复合焊接系统

  当前市场的需求是模块化设计的定制系统解决方案。除了采用“简单的”线性激光模块外,这种方法还可以结合二极管激光器,形成模块化结构的激光线,满足各种不同产品的加工需要。

  这些线可以在几秒钟内完成同步焊接面积大、形状复杂的塑料部件。在一个应用实例中,Limo与一家机械工程公司合作,开发了采用4个激光模块。

  激光在所加工的塑料部件外壳的三个面板上形成多个不同长度的焊缝,并在0.5-3秒钟内完成部件焊接。另一个特别解决方案为不同汽车供应商而开发。在这个案例中,激光线被分成15个独立控制的线段(1.5mmx21mm),这意味着激光束只会对着需要焊接的特定点位。这种一个连着一个的激光线(4kW线激光器,激光长度为320mm、线宽1.5mm),在流程控制过程中降低了能量损失,整体效率可高达60%。

  这些例子说明,Limo不只是生产线激光器,它还将它们用于开发适合工业用途的成套解决方案 。

  这意味着,通过与机械工程企业一起合作,有望开发出定制的、必要时可配备功率强大、可靠的实时控制系统线性激光系统。这种所有焊接区域都同时完成、速度特别快的焊接作业质量,最终取决于这个过程控制。但是,该技术同样也可以装入现有生产设备。这类系统目前已经在汽车领域的多个生产商和供应商处得到应用。

  根据各种不同需求以及可能有的多种应用,已经开发出10W-15kW的线激光器,它们可以生成,如长介于1mm-350mm、宽介于0.05mm-10mm的均质激光。

  无吸收材料的激光透射焊接

  炭黑颗粒作为经济的吸收剂加入到塑料中,被证明在很多不同应用中都很有效。这种方法可用于汽车发动机舱部件的生产,这些部件本身是黑色的。如,一家很着名的汽车供应商使用线激光器焊接了大量汽车钥匙用黑色塑料壳。

  在高技术含量的材料结合以及严格的法规要求(FDA)发挥着着重要角色的医疗技术领域,采用了波长更长的新激光系统,它们甚至可以在不加吸收材料的情况下完成焊接。由于塑料和激光束只能在波长大于1100nm时才能发生适当的直接作用,这些系统在其中发挥了重要影响。因此,波长介于1400nm-大约2000nm的激光特别适合用于医疗技术领域,包括白色标签产品和微流控制系统(如,集成在一个芯片上的实验室)。所有这些领域包含着透明、白色或半透明热塑性塑料部件的结合。

  因此,Limo开发了波长为1470nm的150W线激光器,可以通过将12mm的激光线从焊接部件上方移动,而将两个透明或高光的白色塑料部件结合在一起。

  由于精密的电子部件的存在,如果与高温计、非接触式温度测量传感器一起使用,可以实现激光透射焊接过程的实时控制。如,如果高温计显示,温度没有高到焊接需要的温度,电子单元将通过提高激光束的密度来调节这一过程。另外,高温计还可用于记录过程表现。

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