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塑料連接新浪潮——塑料激光焊接

發布時間:2020年04月15日 瀏覽次數: 1046

塑料作為一種性能優異的可再生非金屬材料,被日益廣泛地應用在各行業的零部件設計、制造上,傳統的金屬部件越來越多地被擁有同樣工作性能的塑料部件替代。在汽車、航空航天、交通運輸等行業,輕量化的需求尤其強烈,也催生了各種塑料產品代替金屬,同時對塑料零件之間的連接技術和質量也提出了更高的要求。


一直以來塑料焊接是永久性連接塑料部件的最有效方法,傳統的塑料焊接工藝多為超聲波焊接、振動摩擦焊接、熱板焊接等,其痛點在于焊接方式有一定的局限,例如:焊接質量較差、生產效率低、難于實現復雜形狀焊接、環境污染嚴重、壽命短、后續處理等問題,這些問題一直以來困擾著塑料行業內人士。

現如今隨著激光技術不斷創新,復合材料的不斷開發,塑料激光焊接的出現恰恰彌補了這方面的缺陷,并將以其明顯的優勢逐步取代傳統的塑料連接方式。


  與傳統的熱板焊接、摩擦焊接、超聲波焊接等技術相比,激光焊接技術的優勢特點如下:

1、局部加熱、非接觸式焊接。無加工器械的磨損,不損基材,降低成本;

2、加工精度高,質量好;

3、焊接過程清潔,無污染,綠色環保,特別適合對衛生要求高的醫療行業;

4、解決了產品焊后凹陷的問題,產品焊后外觀優良;

5、焊接速度快,自動化程度高,生產效率高;

6、激光傳輸可控,便于計算控制,可靈活應用在各微小部件,達到其他焊接方法焊接不到的區域;

7、沒有形狀、尺寸的限制,大大提高了產品形態、外觀的設計自由度;

8、激光熱源能量密度高,可實現塑料接合面溫度的最佳化,保證焊接過程的高速和高精度化;

9、影響范圍小,產生的震動應力和熱應力小,產品穩定性高,內部組織老化速度更慢,使用壽命長等。

正是基于以上優勢特點,使得塑料激光焊接技術在一些高焊接效率和高嚴格的外觀要求的場合具有非常明顯的優勢并被廣泛應用,例如汽車行業、醫療行業、家電行業、電子電器、照明行業等。

塑料激光焊接原理

兩種或兩種以上的(同種或異種)塑料部件,通過激光光束穿透上層透光材料,透射到下層吸光材料,兩部件受熱膨脹,激光能量被下層吸光部件吸收轉化為熱能,熔化其表面,再通過熱傳導,將熱能傳遞到上層透光部件上,在內部膨脹力與外部夾具壓力的協同作用下產生充分熔合,完成上下部件的牢固焊接。激光光束和焊接部件的相對移動形成焊縫。其焊接原理如下圖所示:






兩種典型的塑料激光焊接結構

根據焊接工藝需求的不同,焊接結構設計可以分為融塌結構(Collapse)和非融塌結構(No Collapse)設計兩大類。



對于變形較大的注塑件,一般適用于融塌結構,可彌補產品的變形對于焊接效果的影響。



對于產品焊接外觀、尺寸等有嚴格要求,同時注塑精度也有高要求的產品,一般適用于非融塌結構。

塑料激光焊接的工藝方式

塑料激光焊接應用方式和金屬焊接不同,根據不同的焊接任務和要求,激光焊接的方式大致有輪廓焊接、準同步焊接、同步焊接、掩膜焊接、反射焊接和衍射焊接等。聯贏激光可以根據產品特性提供相應的焊接方式方案。原理圖示意如下:


影響塑料激光焊接的材料因素

塑料激光焊接需要透光與吸光的材料組合,透明+黑色是最常見且最優良的塑料激光焊接顏色組合方式。

? 不同顏色塑料焊接難度表


普通黑色塑料一般通過添加炭黑使塑料呈黑色,由于炭黑吸光性非常好,無法形成透射焊接,故傳統普通黑色+黑色無法焊接。若器件保密原因需設計成全黑色,可上蓋采用透紅外線黑色塑料(如巴斯夫公司的 Ultramid A3WG6 LTPA66)黑色尼龍塑料),下殼采用炭黑黑色塑料,實現人眼下呈黑色外觀,但可采用激光焊接的工藝方式。而白色塑料會將大部分激光反射,故白色+ 白色焊接難度較大。


一般需保證上層材料在激光波段透過率大于 20%,過低的透光效果會使上層材料在焊接過程中率先過熱分解。


透紅外線黑色塑料透光性曲線


  聯贏激光在塑料激光焊接領域深耕多年,現已開發出專業的測量設備,可完成材料的透光性測試。聯贏激光的塑料激光焊研接發團隊憑借高質量的激光焊接研發平臺和高水平的激光焊接研發技術,已在汽車行業、醫療行業、消費電子行業、家電行業等領域打下堅基。目前已開發出多款適用于不同行業、不同制件的塑料激光焊接設備,其中有單軸振鏡塑料焊接臺、三軸聯動焊接臺、五軸雙工位塑料焊接臺、五軸三工位塑料焊接臺、六軸四工位塑料焊接臺以及汽車行業的電子剎車焊接臺、汽車驅動器焊接臺、汽車傳感器、汽車閥類、傳感器等設備。以下為聯贏激光部分塑料激光焊接設備:

UW—單軸振鏡塑料激光焊接臺




優勢特點:

振鏡焊接,速度快,精度高;

伺服驅動夾具,夾具下壓力穩定可控;

焊接塌陷值可以實時監測;

備監視器,便于調試,觀察焊接效果。

應用領域:

汽車行業、電子行業、醫療行業等。

適用材料:

ABSASPPPEPAPCPVCPMMAPSPBT等工程塑料。



UW—五軸三工位塑料激光焊接臺



優勢特點:

操作方便,焊接速度快,精度高;

各個工位單獨可控,模塊化設計,可快速更換焊接產品;

可任意行走二維平面軌跡;

配備監視器,便于調試,觀察焊接效果。

應用領域:

汽車行業.電子行業,醫療行業,家電行業等。

適用材料:

ABSASPPPEPAPCPVCPMMAPSPBT等工程塑料。


UW— 六軸四工位塑料激光焊接臺





優勢特點:

振鏡焊接,速度快,精度高;

可自動線連接,也可以離線手動上下料;

接塌陷值可以實時監測;

可自動掃碼焊接;

設備分兩面,一面旋轉雙工位焊接,另一面滑臺雙工位焊接。

應用領域:

汽車行業、電子行業、醫療行業和其他適用材料等。

適用材料:

ABSASPPPEPAPCPVCPMMAPSPBT等工程塑料。

UW—塑料激光焊接樣品











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