Laserowe spawanie tworzyw termoplastycznych

 

Spawanie laserowe termoplastów i elastomerów termoplastycznych ma szereg zalet w porównaniu z klasycznymi technikami, takimi jak lutowanie, nitowanie

  • Jest procesem bezawaryjnym

  • Energia wprowadzana jest lokalnie, tzn. tylko w miejscu łączenia

  • W trakcie łączenia możliwe jest wytworzenie czystego powietrza przez co powstaje niewidzialna linia spawu

  • Łączenie w geometrii 3 D

  • stop po spawalniczy mały lub całkowity brak stopu

  • wysoka powtarzalność spoiny

 

 Ta technika ma również pewne wady.

  • Bardzo wysokie koszty inwestycyjne

  • Potrzebne są materiały o zbliżonych właściwościach optycznych

  • Potrzebne są obszerne uchwyty zaciskowe dla złożonych i / lub dużych części składowych

 

 

 

Transmisyjne spawanie laserowe tworzyw termoplastycznych

 

Wkład energii do łączenia materiałów w większości technologii odgrywa znaczącą rolę, czy to w procesie przewodzenie ciepła (np. spawania ogrzewanie narzędzi), konwekcji (np. spawania gorącym gazem), tarciu (np. ultrasound - lub spawania drgań), indukcji (np. elektromagnetycznego spawania), promieniowania cieplnego lub promieniowania laserowego.

Spawanie laserowe jest transmisją i odgrywa bardzo ważną rolę w technologii łączeniowej. Laser nadawczy i laserowo chłonny materiał jest potrzebne do tego procesu. Podczas spawania wiązka lasera uderza w powierzchnię łączoną. Laser przekazując /oddaje część energii łączonej powierzchni. Pozostałe promieniowanie przechodzi przez materiał i energia laserowa jest przekształcana w ciepło. Termoplast absorbuje ciepło i tym samym łączenie następuje w stanie plastycznym. Plastyfikacja następuje również poprzez ciśnienie i ciepło chłodzenia.

 

 

 

 

Czy jest to bezpieczny proces?

 

Proces spawania laserowego może być monitorowany poprzez wiele technik.

Ciepło, które rozwija się podczas procesu na powierzchni spawalniczej, może być mierzone za pomocą aparatu na podczerwień. Jeśli wskazana wartość różni się od wartości docelowej, rzeczywista wartość może być zoptymalizowana lub częściowo odrzucona (zależy od decyzji operatora urządzenia). Inną możliwością jest skonstruowanie prawidłowego grzbietu spawu. Wiązka lasera topi grzbiety oraz przez co łączy obydwie części składowe, które przemieszczają się do siebie. Tak więc wymierne zmniejszenie składowej w górnej części powierzchni spawanej wpływa na jej prostotę.

 

 

 

 

 

Tworzywa termoplastyczne, które mogą być łączone za pomocą spawu laserowego

 

Materiały do laserowego spawania muszą spełniać podstawowe wymagania. Oprócz potrzeby ponownej topliwość, polimery powinny mieć nakładające się zakresy temperatury topnienia lub mięknięcia, aby jeden termoplastyczny materiał nie został zniszczony termicznie, podczas gdy drugi nie będzie w stanie stopionym. Innym wymogiem jest zgodność stopionych mas, dzięki czemu stworzą wiązanie. Ponadto termoplastyczna powierzchnia chłonna musi być kompatybilna z laserowa fala (na przykład 800 nm, 900 nm, 1064 nm).

Najprostszym zgrzewaniem jest łączenie dwóch identycznych powierzchni np: ABS-ABS lub PP-PP. W przypadku tworzyw termoplastycznych, istnieje również możliwość łączenia materiałów, takich jak ABS-PMMA, PP, ABS TPE-TPE, ...

 

 

 

 

Spawanie – wpływ czynników

 

Koloranty (barwniki i pigmenty) mają ogromny wpływ na właściwości optyczne, a więc na spawanie laserowe tworzyw termoplastyczny. Barwniki rozpuszczalne w polimerze masie, mogą występować w postaci atomowej lub molekularnej. Pigmenty wnikają w strukturę i absorpcja wiązki laserowej jest dużo łatwiejsza. Mieszanie chemiczny odgrywa bardzo ważną rolę. Wrażenie optyczne pigmentów opiera się na ich zdolności do absorbowania określonych zakresów długości fal światła widzialnego. Jeżeli długości fali laserowej oraz światło selektywne absorbowane spotkają się, pigment absorbuje wiązkę laserową.

Każda aplikacja powinny być badana oddzielnie, ponieważ jest bardzo trudno określić wpływ danego barwnika na proces.

 

 

  

 

 

Włókno szklane oraz kulki szklane nie absorbują promieniowania laserowego. Promień lasera zostaje rozproszony na skutek deflaktacji i refleksji, tym samym droga ścieżki laserowej przechodzącej przez termoplast staje się dłuższa. Obserwujemy niewielki wzrost absorpcji w materiale.