文/Jonathan Magee,ACSYS Lasertechnik UK Ltd
工业热博R器被广泛应用于工程塑料的各种加工,服务着众多行业市场。一些常见的塑料加工应用包括热博R打标、热博R切割和热博RB88(见图1)。热博R塑料B88主要应用在汽车和医疗器械领域。
图1:热博R塑料B88
Plasticwelding:塑料B88;
plasticcutting :塑料切割;
plasticengraving:塑料雕刻;
thermoplasts:热塑性塑料;
duroplasts:硬质体塑料;
elastomers:弹性体塑料;
Foaming:发泡处理;
Carbonizing:碳化处理
为什么用热博R塑料B88?
相比于传统的接触式B88,热博R塑料B88优势明显。首先,热博RB88是无接触式B88;其次,焊点位置通常位于两个重叠件的界面处,B88区域被隐藏,看起来比较美观,并且不污染B88零件的表面。因此,从外观来看,无法判断两个相接触的零件已经从上到下B88在一起。
传统的塑料B88技术,如超声波或热冲压,两块塑料B88在一起都不可避免地影响外表面。非接触热博R塑料B88,利用热博R在聚合物链中部分透射、反射、散射以及吸收实现B88。通过选择合适的热博R参数,可以在塑料的选定位置产生足够的热量,以实现熔化和粘接。
热博RB88工艺应该在产品开发的早期就建立起来。有些不是为热博RB88专门研发的塑料产品,有时也能用热博R实现B88;但如果在塑料产品研发的早期阶段,就将热博RB88工艺考虑进来,将会大大减少热博RB88中可能出现的一些问题。
设计考量
图2:热博R塑料B88的设计考量
Successfullaser plastic weld:成功的热博R塑料B88
Correct choiceof plastics: Thermal and chemical compatibility:正确选择塑料类型:热力学和化学性质适配
Effectivedelivery method for laser beam to part:热博R束到达零件的有效传输方法
Matching ofoptical properties of plastics and laser beam:塑料的光学性质与热博R束匹配
Sufficientpart fit-up and fixturing forces along part extremities:沿零件末端有足够的装配力和固定力
塑料产品具有优异的机械、几何、热力学和光学等特性(见图2),因此塑料产品的热博R可B88性由以下因素决定:
所选择的材料是否适配?适配性是指被B88的两种塑料,在熔化温度、化学性能、机械特性以及几何和光学属性方面所表现出的特性,是否适合B88在一起。
热博R束能否有效地通过上层塑料传输到交界面,以及底层塑料能否在B88区吸收热博R能量产生热量?
在B88过程中,零件是否能够有效地贴合在一起,施加的力是否能够控制?零件的几何形状是否能让零件很好地贴合而不会产生间隙?
在几何形状固定的情况下,热博R能量能否有效地传递到塑料零件并产生热量?
热力学和化学性质相适配
塑料的熔点比金属低很多。工程塑料的熔点约为250°C。有些塑料的熔点要高一些,例如聚醚醚酮(PEEK),熔点在350~400℃之间。当两种塑料的熔点温度相匹配的时候,有助于熔池的混合,提高再凝固时的机械强度。熔化温度相匹配的两种塑料,特别适合用热博RB88。
此外,塑料的化学成分也是一个重要的影响因素。例如,尽管高密度聚乙烯(HDPE)与低密度聚丙烯(PP)属于同族材料,但是这两种塑料却无法B88到一起。而低密度聚乙烯(LDPE)与聚丙烯就能实现B88。因此热博R塑料B88必须要考虑被焊材料的组合。
光学性质匹配
在材料加工中,所用的热博R是单色或者带宽很窄的相干可聚焦光束,波长在800nm~2μm范围内的近红外和红外热博R,在塑料B88中应用最为广泛。这些波长比人眼可见的532nm的绿光及635nm的红光要长。热博R波长为800~2000nm时,被B88的塑料必须在这个范围内有一定程度的透射和吸收。
塑料一般是半晶态结构,有晶相和非晶相。热博R照射塑料时,除了引起透射和吸收外,非晶态和晶态之间的折射率差异,还会对热博R产生散射和反射。半晶态结构对B88的影响,主要取决于对热博R产生的散射和反射的强度。因此,通过有效的光学设计,可以让热博R透过上层塑料,在下层塑料上产生吸收(见图3)。有时,需要在塑料中掺入添加剂,提高对热博R的吸收能力。在塑料产品的设计阶段就应该考虑掺入添加剂是否合适——例如在用于医疗器械的塑料中掺入添加剂能否通过FDA测试?
图3:塑料B88中理想化的热博R传输和吸收模型
Infrared laserbeam:红外热博R
Top plasticpart, transmission:上层塑料,透光
Lower plasticpart, absorption:下层塑料,吸光
Encapsulatedlaser weld at plastic interface: 塑料接触界面焊缝被密封
一些塑料中含有玻璃纤维(如聚酰胺PA-66,通常称为尼龙)。玻璃纤维的含量,会影响热博R的透过率,玻璃纤维浓度较高的地方,热博R透射率较低。
热博RB88体育塑料B88的一个常见问题是:哪些颜色的塑料可以B88在一起?这个问题没有统一答案,事实上许多颜色组合的塑料都能B88在一起。
此外,通过对塑料成分的精心设计,也可以实现同种颜色塑料,如透明塑料、白色塑料、黑色塑料之间的热博RB88。可见光一般不能透过彩色塑料,而单色波长的热博R却有可能透过。
零件装配和固定
塑料零件应该确保被塑型成某种几何形状,通过装配部件的良好配合,使其适合热博R塑料B88,并确保接头处可以充分贴合。由于热博R不易在空气间隙中传递热量,因此,热博RB88时,零件的B88部位应保持充分接触。搭接焊就是一个很好的例子。在某些情况下,对接焊也能实现很好的B88质量,这在很大程度上取决于热博R束如何作用于焊缝,以及塑料成型机产生的零件公差。将盖子B88到容器上就是一个很好的零件配合的案例。
在B88过程中实施向下的力,对B88复杂的零件来说是必不可少的,特别是对于那些难以在其边界自然地实现良好装配的大型零件。夹紧力可以通过伺服驱动产生,也可以通过气动夹紧产生。塑料B88时有一个坍塌力,它决定了塑料在受热熔化变形之前能承受多大的力,以及熔化时将零件推到一起需要多大的力。通常,热博R塑料B88过程中,通过集成力-位移传感器来监测和控制在B88过程中施加在零件上的力。
有效控制热量
在热博RB88中,将热博R传输到工件的方法有多种。在此简单介绍几种方法。第一种,保持热博RB88头固定,XYZR工作台相对热博R头运动。由于运动平台在开始和停止点以及改变方向时需要加速,因此在B88时可能不会导致大型部件的均匀加热。然而,这种B88方法很灵活,因为热博R路径可以通过CAD数据生成。
第二种方法是使用高速振镜使热博R束以10m/s的速度快速移动。高功率热博R束以非常高的速度移动,可以使整个焊缝从一端到另一端几乎瞬间加热,加热比较同步且均匀。
第三种方法是用热博R透过掩膜照射零件。这种方法需要掩膜孔径与焊缝形状一致。每当焊缝形状变化的时候掩膜就得重新制作,因此这种方法灵活性不大。
第四种方法使用率不太高,是用专门的热博R透镜,产生一个线状焦点,在规定方向上实现缝合焊缝。在B88过程中可能需要控制热博R功率,通过高温计测量B88过程中的工件温度,并将此信息反馈给热博R控制器的功率控制回路。
总结
本文介绍了热博R塑料B88过程中的一些基本考量因素。最重要的是,塑料产品本身的设计必须要适合热博RB88——这就要求在产品设计的早期阶段,研发团队就应该与客户合作,充分了解热博RB88的要点。生产复杂塑料产品的模具制造成本很高,模具设计者必须事先了解面向热博RB88存在的模具设计与制造问题。解决了模具问题,就可以确保从模具上下来的塑料零件的几何形状可以直接进行热博RB88。
热博R塑料B88在工业中的应用越来越深入,从汽车灯组件到喷墨打印机墨盒等各种大批量产品的制造,都用到了热博R塑料B88。
文章来源:ACT热博R世界