聚乙烯蠟小編分析激光焊接在塑料產品上的應用
激光焊接我們接觸的很少,對這種概念了解的較少,但在醫療中被廣泛的應用,下面青島賽諾聚乙烯蠟小編針對激光焊接做詳細的闡述,對激光焊接有基本的了解。
激光焊接因其局部加熱、精密加工、非接觸性加熱等優點被越來越廣泛地應用在醫療器械的各個領域。
與其他常用的焊接技術相比,激光焊接技術幾乎不產生焊渣和碎屑,而且焊接過程中不需要添加任何粘合劑,因而可在潔凈室中完成整個焊接工作。激光焊接技術大大地促進了醫療器械的發展,比如有源植入式醫療器械的外殼封裝、心臟支架的不透射線標記、耳垢防護器、球囊導管等均離不開激光焊接的使用。
塑料激光焊接原理
激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種焊接方法,即激光輻射加熱工件表面,表面熱量通過熱傳導向內部擴散,使工件熔化,形成特定的熔池。如下圖所示,激光束通過上層透光材料,然后被下層材料吸收,激光能量被吸收后轉換為熱能,由于兩層材料被壓在一起,熱能從吸收層傳導到透光層上,使得兩層材料熔化并結合。
同時由于材料本身的熱膨脹擴張產生內部壓力,內部壓力與外部壓力共同作用確保了兩部分的堅固焊接。以上兩圖直觀地說明了塑料激光焊接的原理與過程。
可見激光光束的能量必須被塑料吸收,才能達到良好焊接效果,因此塑料激光焊接一般采用半導體激光。另外,并不是所有塑料都能用激光焊接焊接。塑料可區分為熱固性與熱塑性兩類。其中熱固性塑料不具有重復成型性,也不能焊接,而熱塑性塑料再加熱后又會熔化(即可運用加熱及冷卻,使其產生可逆變化),是所謂的物理變化,因此具有可焊接性。
塑料激光焊接工藝
(1)激光的波長
塑料焊接過程中常用的是二極管激光器或半導體激光器。光束處于近紅外區域,并且光束波長在400~1,100μm,可以通過光纖傳輸,在這個范圍內的激光束可以被大多數的塑料所吸收。二極管激光焊接系統緊湊,并且激光器還可以達到更高級別的功率。激光的波長可以根據特殊要求來設計。半導體激光器的波長一般是808~980μm。半導體激光器投資成本小,體積小,效率高。
(2)塑料材料
熱塑性塑料包含無定形塑料和半晶性塑料。能夠被激光焊接的塑料均屬于熱塑性塑料。理論上,所有熱塑性塑料都能夠被激光焊接。
塑料激光焊接技術對被焊接塑料的要求為:在熱作用區內的材料,要求對激光光波的吸收性好;不屬于熱作用區部分的材料,則要求對光波的透過性好,尤其在對兩件薄塑料件進行疊焊時更是如此。一般向熱作用區塑料中添加吸收劑可以達到目的
(3)吸收劑
吸收劑的應用是塑料激光焊接工藝中非常重要的工藝。塑料激光焊接的本質是將熱作用區的待焊接塑料融化,隨后冷卻自然實現塑料件的接合。讓塑料融化需要使塑料件吸收足夠的激光能量。
通常理想的吸收劑是碳黑,碳黑能夠將紅外波長的激光能量基本全部吸收,從而大大提高塑料的熱吸收效果,使得熱作用區的材料融化得更快、效果更好。一些其他顏色的染料,也能夠起到相同的吸收光波的效果。
添加吸收劑的方法有三種:
一是直接向待焊接材料中滲入吸收劑,這樣應該將滲過吸收劑的塑料件放在下面,而把沒有滲吸收劑的塑料件放在上面,讓激光光波通過;
二是向塑料件待焊接的表面滲吸收劑,這樣只有被滲透了吸收劑的一部分塑料將成為熱作用區而被融化;
三是在兩塊待焊接塑料件的接觸處噴涂上或者印刷上吸收劑。
(4)其他參數
與金屬焊接不同,塑料激光焊接需要的激光功率并不是越大越好。焊接激光功率越大,塑料件上的熱作用區就越大、越深,將導致材料過熱、變形、甚至損壞。應該根據需要融化的深度來選擇激光功率。
塑料激光焊接的速度比較快,一般得到1mm厚焊縫的焊接速度可達20m/min;而采用高功率的CO2激光器焊接塑料薄膜,最高速度可以達到750m/min。
此處將選用輪廓焊接工藝。因為兩個部件均為透明設計,所以對焊接工藝有著特殊要求。為能吸收激光射束,接合兩個不同部件時一般情況下必須將透明部件放在上方,位于下方的部件具備吸收能力。此處的兩個接合部件-外殼和罩蓋-均為透明。因此在實際的焊接過程開始之前,作為激光束吸收器置于兩個部件的焊縫上。
球囊導管
球囊導管激光焊接是使用激光作為能量來源的紅外線焊接,可以使用激光束直接射到吸收激光的塑料表面,使塑料熔化實現焊接。先進的激光焊接技術可以實現球囊頭端和管體的無縫連接,使球囊導管在彎曲而狹窄的病變血管中推進時暢通無阻,對血管的損傷降至最小,操作過程更加安全。激光焊接技術的引進有利于進一步縮小球囊擴張導管尖端外徑。
與金屬焊接不同的是塑料激光焊接需要的激光功率要小。焊接激光功率越大,塑料件上的熱作用區就越大、越深,將導致材料過熱、變形、甚至損壞,由此應該根據需要融化的深度合理選擇激光功率。