塑料激光焊接加工技術（一）

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新技術為許多新產品的開發提供了現實操作性，如生物醫藥晶片大部分由塑料片組成。塑料片上有很多μm限度的結構，在進行封裝時就需要用到塑料激光精細焊接技術。

激光焊接工藝之所以具有吸引力，是因為只用很少的熱量輸入結構件，因此，只會產生可控的最小熔化量。其結果是可獲得很高的焊接強度，并且由于熔化物溢出或氣化很少而獲得無可挑剔的外觀質量。在很小的焊接面積上可以獲得很高的強度，使得這種工藝在操作空間受到限制的條件下，比黏接工藝更優越。在新材料、新設備和新技術層出不窮的時代，人們不僅要了解激光焊接的特性、優點和要求，還應認識到此領域的諸多創新和未來趨勢，始終處于科技的最前沿。

塑料的激光焊接是與對材料要求的提高相關聯的，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的吸收性能。重要的是，在2個焊接件之間要避免產生裂縫。在激光焊接過程中，吸收性的零件升溫并且局部熔化，通過熱傳導將能量傳遞到透光的零件，在外部的壓力下2個零件結合在一起。所吸收的近紅外線激光轉化為熱能，將兩個部件的接觸表面熔化，最終形成焊接區。這種焊接方法能夠形成超過原材料強度的焊接縫。

目前國內市場上普遍使用的塑料焊接技術主要有振動摩擦焊接、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)、具有復雜幾何形狀的塑料件以及有嚴格潔凈要求的塑料制品(醫藥設備)等。應用激光焊接熔接塑料部件，其優點有：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。在焊接過程中樹脂降解少、產生碎屑少，不會出現飛邊，部件表面能夠精密連接；焊接設備不需要和被黏結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應力和熱應力；最小化熱損壞和熱變形，可以將不同組成或不同顏色的樹脂黏結在一起；可焊接尺寸極小或外形結構復雜的零件，對有些復雜零件甚至可以進行“穿透焊接”；無振動技術能產生氣密性的或者真空密封結構；能夠將多種不同塑料焊接起來，而其他焊接方法有較大限制；設備自動化程度高，能方便用于復雜塑料零部件加工。擅長焊接具有復雜外形(甚至是三維)的制品；能夠焊接其他方法不易達到的區域。由于激光焊接具有上述優點，所以特別吸引那些尋求更清潔的方式來熔接復雜部件的加工商，如含有線路板的塑料制品、醫療設備等。

激光焊接技術是用通常存在于電磁光譜紅外線區的集束強輻射波熔化接頭區的塑料。所用激光的類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應力和熱應力。比采用其它連接方式所產生的振動應力和熱應力小，意味著制品或者裝置的內部組件的老化速率更慢。這為將激光焊接應用于易損壞的制品(如電子傳感器)提供了機會。

很多不同種類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)，波長在810到1064nm。例如：激光焊接將能透過近紅外線激光的聚碳酸酯(PC)和30％的玻纖增強的黑色聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)連接在一起。

激光焊接沒有殘渣的優點也使它比較適合應用于以下制品：食品及藥物管理局(FDA)管制的醫藥制品、汽車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，它們有良好的適應性。例如：可以將二極管激光排列起來以生成復雜的線狀焊縫；還可以將二極管激光發射器組合堆積起來，以獲得特殊應用所需要的高焊接功率。

激光焊接方式對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，由于這些材料對近紅外光的透射率很低，因而不適合激光焊接方式；當兩種材料中都填充炭黑時，由于兩種材料都是黑色，它們是不能被焊接在一起的。這對于汽車外殼下的設備和其他黑色的裝置采用激光焊接來說是一個障礙。同樣，兩種對近紅外線激光都透射的材料(通常是透明的或者白色的)，由于對近紅外光的吸收很少，所以也不能用激光焊接。對于醫藥、包裝和消費品來說，因為這些產品都要求透明。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。高填充的玻纖增強物能夠改變近紅外線激光的透射率，降低焊接效率。不過原料供應商的配方中的玻纖含量通常不會超過這個限度。

激光焊接技術最早出現在20世紀70年代，但是由于費用昂貴，無法和更早的塑料黏接技術相競爭，如振動焊接技術、熱板焊接技術。但是從20世紀90年代中期開始，由于激光焊接的設備費用下降，該技術才漸漸受到人們的歡迎。當被黏接的塑料零部件是非常精密的材料(如電子元件)或要求無菌環境(如醫療器械和食品包裝)時，激光焊接技術就能派上很大用場。激光焊接技術速度快，特別適用于汽車塑料零部件的流水線加工。另外，對于那些很難使用其它焊接方法黏接的復雜的幾何體，可以考慮使用激光焊接技術。

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