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德国弗劳恩霍夫激光技术研究所开发出塑料部件激光焊接新方法

在最近成功完成的德国研发项目SeQuLas中,弗劳恩霍夫激光技术研究所与另外三个工业合作伙伴开发了一种新的焊接工艺,可以在透明塑料部件中产生最小的焊缝。

该工艺采用铥光纤激光器,因为这种激光器有一种明显的优势:由于塑料能很好地吸收激光对应的波长,所以该工艺不需要使用炭黑等额外的吸收剂。该工艺适用于医疗技术,因此可以提高此类零件的工业生产的灵活性和效率。

弗劳恩霍夫激光技术研究所表示,在生命科学领域,微流控芯片已经证明了它们的价值,因为它们可以有效地运输、混合和过滤哪怕是最小数量的液体。但是,这些液体依然存在一个巨大的挑战:封装集成在芯片中的微通道。

德国弗劳恩霍夫激光技术研究所开发出塑料部件激光焊接新方法

图片来源:弗劳恩霍夫激光技术研究所

传统的焊接技术在千分尺范围内达到了极限。在它的位置上,无吸收激光传输焊接具有高精度和灵活性,是理想的解决方案。

弗劳恩霍夫激光技术研究所采用发射波长为1940 nm的铥光纤激光器作为光源,因为塑料在这个波长范围内具有自然吸收能力。由于不需要额外的吸收材料,芯片的透明度在激光处理过程中不会受到影响。

然而,这种形式的无吸收激光传输焊接存在一个问题:体吸收产生了一个热影响区(HAZ),它垂直地延伸到组件的整个横截面上。熔融过程中的热膨胀促进了气孔和裂纹的形成,从而导致焊缝结构出现泄漏。此外,有一个风险,尤其是在平面组件上,材料会翘曲。

德国弗劳恩霍夫激光技术研究所开发出塑料部件激光焊接新方法

图片来源:弗劳恩霍夫激光技术研究所

准同步可以减少热影响区垂直扩展。在此过程中,激光束在扫描系统的帮助下以高速沿焊缝轮廓多次被引导。这种方法使整个焊缝轮廓同时加热,否则只在绕焊中依次熔化。

在第二步,弗劳恩霍夫激光技术研究所的项目合作伙伴开发了激光焊接工艺的过程控制。集成在光束路径中的高温计测量焊接过程中组件的温度。通过将测量信号与扫描镜的位置相耦合,它们可以以空间分辨的方式记录组件中的热量分布。通过这种方法,可以在焊接过程中记录和精确定位热损伤。

因此,新开发的焊接工艺可以对温度偏差做出快速反应,并相应地控制激光功率。这样可以保证沿焊缝轮廓的均匀性。


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