激光焊接作為一種熔接塑料制品的技術(shù)，主要用于連接敏感性的塑料制品，例如線路板、塑料零件電子感應(yīng)器、復(fù)雜形狀的塑料制品，以及醫(yī)療器械等要求嚴(yán)格密封及潔凈度的塑料制品。
激光焊接原理
利用激光焊接技術(shù)進(jìn)行兩件塑料部件焊接時(shí)，首先需要把部件夾緊在一起，然后以波長為810?~?1064?nm的近紅外線激光NIR透射過第一個(gè)部件，激光透射后被第二個(gè)部件吸收，所吸收的近紅外線激光化為熱能，將兩個(gè)部件的接觸表面熔化形成焊接區(qū)。激光焊接工藝能夠制造出超過原材料強(qiáng)度的焊接縫。?
塑料激光焊接常用焊接方法
在實(shí)際應(yīng)用中，塑料激光焊接有幾種不同的焊接工藝方不法。
順序型周線焊接(Contour?Welding)：激光沿著塑料焊接層的輪廓線移動并使其熔化，將塑料層逐漸粘結(jié)在一起；或者將被夾層沿著固定的激光束移動達(dá)到焊接的目的。
同步焊接(Simultaneous?Welding)：來自多個(gè)二極管激光器的激光束，通過光學(xué)元件將激光束整形，激光束被引導(dǎo)到沿著焊接層的輪廓線上，同時(shí)在焊縫處產(chǎn)生熱量，從而使整個(gè)輪廓線同時(shí)熔化并粘結(jié)在一起。
掃描焊接(Scan?Welding)：?掃描焊接又稱準(zhǔn)同步焊接，掃描焊接技術(shù)綜合了上述順序型周線焊和同步焊接兩種焊接技術(shù)。利用反射鏡產(chǎn)生高速激光束(至少10?米/秒的速度)，沿著待焊接的部位移動，使得整個(gè)焊接處逐漸發(fā)熱并熔合在一起。
照射掩膜焊接(Mask?Welding)。激光束通過模板進(jìn)行定位，熔化并粘結(jié)塑料，模板只暴露出下面塑料層上面積一個(gè)很小的精確的焊接部位，激光束僅對制品上沒有被掩膜遮住的部分加熱。使用這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)低至10微米的高精度焊接。
塑料激光焊接的優(yōu)勢
激光焊接應(yīng)用于塑料部件熔接的優(yōu)點(diǎn)包括：
·???焊接精密、牢固和密封(不透氣和不漏水)，焊接過程中樹脂降解少、產(chǎn)生的碎屑少，制品的表面能夠在焊縫周圍嚴(yán)密地連接在一起。激光焊接沒有殘?jiān)膬?yōu)點(diǎn)，使它更適用于國家食品藥品監(jiān)督管理局管制的醫(yī)藥制品及電子傳感器等。
·　易于控制，可焊接尺寸小或外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件。由于激光便于計(jì)算機(jī)軟件控制，而且光纖激光器輸出可靈活地達(dá)到零件各個(gè)細(xì)微部位，采用激光焊接能夠焊接其它焊接方法不易達(dá)到的區(qū)域，焊接具有復(fù)雜外形、甚至是三維幾何形狀的制品。
·　與其他熔接方法比較，激光焊接大幅減少制品的振動應(yīng)力和熱應(yīng)力。這意味著制品或者裝置內(nèi)部組件的老化速度更慢，可應(yīng)用于易損壞的制品。
能夠焊接許多種類不同的材料。例如，能將透過近紅外激光的聚碳酸脂(PC)和30%玻纖增強(qiáng)的黑色聚對苯二甲酸丁二脂(PBT)連接在一起，而其它的焊接方法根本不可能將兩種在結(jié)構(gòu)、軟化點(diǎn)和增強(qiáng)材料等方面如此不同的聚合物連接起來。塑料激光焊接應(yīng)用?激光焊接是一項(xiàng)無振動焊接技術(shù)，因此它特別適合用于鼠標(biāo)、移動電話、連接器等加工精密的電子元器件，以及那些需要以更清潔的方式來熔接的復(fù)雜部件，例如含有線路板的塑料制品、醫(yī)療設(shè)備等。
在汽車工業(yè)中，激光焊接塑料技術(shù)可用于制造很多汽車零部件，如自動門鎖、無鑰匙進(jìn)出設(shè)備、燃油噴嘴、變檔機(jī)架、發(fā)動機(jī)傳感器、駕駛室機(jī)架、液壓油箱、過濾架、前燈和尾燈等。其它汽車方面的應(yīng)用還包括進(jìn)氣管光歧管的制造以及輔助水泵的制造。?在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，激光焊接技術(shù)可用于制造液體儲槽、液體過濾器材、軟管連接頭、造口術(shù)袋子、助聽?器、移植體、分析用的微流體器件等。?
激光還可以將塑料薄膜焊接在一起，它沿著薄膜的邊緣移動，通過粘接作用形成一個(gè)包裝用的封體結(jié)構(gòu)。操作過程可以完成的非?？?。TWI的資料顯示，使用100?W的二氧化碳激光，可以每分鐘100米的速度焊接100微米的聚乙烯薄膜。
新材料激活激光焊接應(yīng)用
研究表明，聚合物對近紅外線激光的透射率至少達(dá)到20-50%，采用激光焊接技術(shù)才能獲得優(yōu)良的焊接效果。絕大多數(shù)本色塑料和很多有色半透明塑料，都能夠達(dá)到此透光率要求，換句話說，激光焊接可以應(yīng)用于絕大部分塑料。
另一方面，塑料對近紅外線激光的吸收率也是影響激光焊接效果的重要因素。大多數(shù)熱塑性塑料可通過加入適量的炭黑，大幅提高其對激光的吸收率，但是對一些材料而言，激光焊接的應(yīng)用還存在一定局限性。例如，如果兩種材料均為透明或者白色，近紅外線激光都能透射通過，致使材料對近紅外線激光的吸收極低，在這種情況下即不能采用激光焊接。另一個(gè)典型例子是PPS和LCP塑料，兩種材料對近紅外線激光的透射率很低，若光兩種材料同時(shí)填充炭黑，則由于激光無法穿透而無法激光焊接。此外，許多礦物填充的化合物，也不適宜用激光來焊接。
為克服激光焊接的這些局限性，一些塑料生產(chǎn)商積極研究開發(fā)有助于改善激光透射率及吸收率的新材料，并取得了可喜的進(jìn)展，為激光焊接技術(shù)帶來更廣闊的應(yīng)用前景。
Clearweld激光焊接工藝
Clearweld激光焊接工藝是Gentex公司的一項(xiàng)專利技術(shù)，其關(guān)鍵在于大大提高了激光能量吸收的新材料。一般塑料激焊接中，常采用在熔接部件中添加碳黑的方法以增加熔接部件對近紅外線激光吸收，然而，碳黑的使用限制了塑料制品的色彩。Clearweld工藝則采用了極易吸收近紅外線激光的無色Clearweld材料(凈焊材料)，通過在待焊接部件表面涂敷一層極薄的Clearweld材料，或者將Clearweld材料混合于將要模注成型的樹脂中，在激光焊接過程中，Clearweld材料作為Nd:YAG或二極管激光器的焦點(diǎn)，將激光能量高效轉(zhuǎn)換為熱量，以加熱熔接基底材料，實(shí)現(xiàn)快速高質(zhì)量焊接。
采用波長為808?nm至980?nm的近紅外二極管激光器，或波長1064?nm的Nd:YAG激光器進(jìn)行激光焊時(shí)，可以考慮使Clearweld材料。采用吸收劑涂層工藝，應(yīng)選擇940?nm至1064?nm波長激光器，而采用添加吸收劑的樹脂，于整個(gè)近紅外頻譜的激光器均可使用。
Clearweld凈焊材料吸收劑涂層，可以通過工業(yè)噴墨打印機(jī)或噴射系統(tǒng)噴到接合面。
Clearweld工藝使可以進(jìn)行激光焊接的領(lǐng)域得以擴(kuò)展，各種剛性或軟質(zhì)塑料、透明的或不透的，甚至各種顏色不透明的塑料制品，都可以通過激光焊接進(jìn)行熔接。
此外，Clearweld工藝還提供了更好的設(shè)計(jì)、工程及制造靈活性，用戶可以選擇更豐富的色彩，焊接的實(shí)現(xiàn)也更容易、更具經(jīng)濟(jì)性。

  • 實(shí)際應(yīng)用中哪種焊接方法最為理想，需要根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的具體要求、參考“各種塑料焊接工藝比較”而確定。