Laserové svařování plastů a práce s polymery
Rostoucí používání plastových dílů, zejména u vysoce přesných výrobků, vede výrobce k hledání technologií spojování, které nabízejí lepší svary, vyšší výrobní výkon a nižší náklady. Laserové svařování plastů slibuje, že bude ve všech těchto oblastech přínosem. Zavedení laserového procesu tak přináší optimální výsledky a snížení nákladů.
Zdroj: Coherent blog
Bývaly doby, kdy slovo "plast" bylo synonymem slova "levný". Dnes se však plasty, přesněji řečeno "polymery", používají v nejrůznějších druzích vysoce kvalitních a technicky náročných výrobků. Patří mezi ně spotřební elektronika, jako jsou mobilní telefony, tablety, notebooky a fitness trackery, stejně jako automobily, letadla, lékařské přístroje a další.
Jedním z důvodů rostoucího používání plastů je úspora hmotnosti, která je v leteckém a automobilovém průmyslu klíčová. Další výhodou je, že plasty nerezaví ani nekorodují, což je užitečné ve všech oblastech od automobilů až po lékařské přístroje. V neposlední řadě hraje svou roli i jednoduchá výroba malých složitých tvarů. Pomocí metod, jako je vstřikování, lze snadno, rychle a levně vyrábět malé plastové díly složitých tvarů, které milují designéři a výrobci.
Jak se svařují laserem plasty
Při výrobě předmětů z plastů, správněji polymerních komponentů, je často nutné trvale spojit jednotlivé díly. Při velkosériové výrobě se k tomu obvykle používá některý z druhů svařování, nikoli pouhé lepení. Je to proto, že svařování lze obvykle provést mnohem rychleji a přesněji než lepení a svařováním se vytváří pevnější a spolehlivější spoje.
V praxi pak existuje několik způsobů, jak lze plasty svařovat. Obvykle se při nich používá nějaký druh zdroje tepla, který roztaví tenkou vrstvu polymeru, nebo mechanický pohyb mezi dvěma díly, který třením provede totéž. V obou případech roztavený polymer poté znovu ztuhne a vznikne svar. Laserové svařování využívá jako zdroj tepla laserový paprsek, tato metoda se hojně využívá zejména ve zdravotnictví a automobilovém průmyslu.
Svařování transmisním laserem (TTLW)
Jedna z nejčastěji používaných technik laserového svařování plastů se nazývá "svařování transmisním laserem" (TTLW). Myšlenka je vlastně docela jednoduchá. Jedna ze dvou svařovaných částí je vyrobena z průhledného plastu, zatímco druhá je neprůhledná - průhledností se zde myslí průhlednost pro světlo s vlnovou délkou laserového paprsku, nikoliv průhledné pro lidské oko. Průhledná část neabsorbuje energii laserového paprsku, zatímco neprůhledná ano. Svařování se provede tak, že se díly k sobě přichytí průhlednou částí nahoře. Laser je pak namířen skrz průhlednou část směrem dolů k neprůhledné části. Potom začne laserový paprsek rychle přejíždět ( = skenovat) povrch dílu, případně vykreslovat tvar požadovaného svaru. Neprůhledný polymer absorbuje energii laserového paprsku, zahřeje se a roztaví. Teplo z něj roztaví i část průhledné části. Díly se k sobě přitisknou, zatímco roztavený plast vyplní případnou mezeru mezi nimi. Nakonec se laser vypne a roztavený materiál opět ztuhne, čímž vznikne pevný svarový spoj bez mezer a slabých míst.
Obrázek 3: Schéma hlavních kroků metody kvazi-simultánního TTLW s " zborcením žebra".
Výhody laserového svařování plastů
Jednou z nejlepších vlastností laserového svařování polymerů je, že při něm nevznikají žádné nečistoty, prach ani částice. Na rozdíl od toho téměř všechny různé třecí nebo vibrační metody (například ultrazvukové svařování) vytvářejí nějaké nečistoty. Svařování bez nečistot je obzvláště užitečné při výrobě lékařských přístrojů a nejrůznějších elektronických senzorů. Díky němu je laserové svařování kompatibilní s čistými prostory.
Absence vibrací a nízké tepelné a mechanické namáhání při laserovém svařování také minimalizuje jakékoli deformace tvaru svařovaných dílů a zabraňuje jejich poškození. To je důležité zejména u jemných přesných dílů, například v elektronice a lékařských aplikacích. Samotný svarový spoj vytvořený pomocí laseru je pevný a okem téměř neviditelný. To je důležité zejména u spotřebního zboží.
V neposlední řadě je pro výrobce laserové svařování rychlé a lze jej velmi přesně sledovat a kontrolovat. To maximalizuje výtěžnost a zajišťuje vynikající konzistenci jednotlivých dílů. Navíc je poměrně snadné měnit parametry procesu, aby se přizpůsobily revizím konstrukce nebo změnám materiálů.
Příprava na úspěšné svařování plastů
Co musíte udělat, aby vám laserové svařování plastů vyhovovalo? Existují tři klíčové věci, na které byste měli myslet před zahájením výroby a možná i před nákupem jakéhokoliv zařízení.
Teplotní vlastnosti materiálů
První z nich je výběr správných materiálů pro vaše díly. Teplotní rozsah, ve kterém oba polymery (čirý a neprůhledný) zůstanou roztavené (ale nerozpadnou se), se musí do určité míry překrývat, aby metoda fungovala. Větší překrytí navíc zvětšuje procesní okno, což usnadňuje výrobu a zvyšuje její robustnost. Tabulka shrnuje, které běžné kombinace polymerů jsou kompatibilní s laserovým svařováním.
Kombinace polymerů kompatibilní s laserovým svařováním
Dalším hlediskem jsou otázky "návrhu pro výrobu". Poraďte se včas s odborníky na laserové svařování, abyste se ujistili, že konstrukce dílu je kompatibilní s laserovým procesem, a zjistili, zda by případné změny konstrukce mohly vést ke zlepšení výrobních výsledků.
Testování a vývojová podpora
A konečně, pokud nemáte mnoho předchozích zkušeností s laserovým svařováním polymerů, spolupracujte s někým, kdo vám může poskytnout pomoc při vývoji vašeho řešení aplikace. Konkrétně se spojte s dodavatelem, který může provést testy a navrhnout, jaká konfigurace systému přinese nejlepší výsledky a pomůže vám určit optimální parametry laseru pro celý výrobní proces. Společnost Coherent Labs poskytuje právě tyto služby ve svých aplikačních laboratořích. Součástí výsledné zprávy je pak také konkrétní typ a parametry nastavení laseru vhodného pro vaši aplikaci.
Zdroj: coherent.com