机械网--激光技术拓展在塑料加工中的应用空间

1917年，在德国柏林大学任教的物理学家阿尔伯特•爱因斯坦Albert Einstein (1879⑴955)发现，普通光源可以在他叫作感应型或受激型发射中得到增强。但是，这位後来的诺贝尔奖获得者的发现在很长1段时间里仅仅只是1种理论。在首个CO2激光器於1968年被带入市场、受激型发光成为广泛利用的工具之前，半个世纪已流逝。 20世纪60年代，美国人Theodore Harold Maiman推出了首个工作激光器。他设计了laser（激光）这1术语，直到本日仍作为“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（受激辐射的光放大）”，取各单词首字母组成的缩写词而被使用。 作为工具的激光 激光在塑料加工业中已几近成为不可或缺之物。在金属行业，它们初期主要是用於切割，常常会结合至今仍受欢迎的喷水切割。但是，越来越多地，激光还被利用於塑料连接，虽然仍然必须考虑有关材料和焊接方法的某些局限性。 激光在快速原型制作（RP）中绝对是重要的。它们使材料熔化，并被用於建造模型。如有需要，由激光光束制作出来的原型模具乃至可被用於完全的小范围生产。激光被用於列印和标记塑料制品、雕刻列印辊、检查成品和质量标准的符合性。而且，在工艺结束时，受检制品被无人操纵的输送系统传送到存储库中，这个输送系统自然是受激光引导的。 激光在塑料业的其他分支领域也攻城拔寨，例如在质量保证和生产控制中。由德国卡尔斯鲁厄市的Elovis公司生产的丈量系统可为其他方式难以丈量的材料带来极高的丈量准确度（图1）。利用激光技术，该装置可以肯定出塑料的速度和长度。通过利用激光光束，可实现精准地丈量，无需校准，也与所加工材料无关。 图1 利用激光技术丈量产品尺寸

激光技术在形状和材料不同的塑料成型件的标志标识方面也开辟出了想像不到的潜力。字母、数字、企业标志或编码都可被印到塑件上，准确度可到达0.001mm之内。以这类方式，各个部分或整装产品可以在内部物流系统中被辨认和跟踪。德国Rofin Sinar激光公司宣称可提供广泛的书写和整套标记系统，它认为这类方法的主要优点在於和批量范围有关的高灵活性、操作无压力、无接触、速度和精度高。 从红宝石激光器到2极体激光器 激光引人注视的成功故事开始於Maiman发明的红宝石激光器，1个所谓的固态激光器。接下来出现的就是气体激光器和更晚1点的半导体和2极体激光器（图2）。每种激光器的核心都包括有活性介质。这类介质吸引能量，通常是来自於以泵吸光源而为人所知的装置的光能。活性介质的原子以连贯光束释放出这类光能，连贯光束是波长和振动类型相同的1束光。然後光作为以不同情势被利用的激光光束从部分透光性镜片中冒出之前，在两面镜片之间被反射几次。图2 最新2极体激光器

在今天仍被普遍利用的CO2激光器中，活性激光介质在氦、氮和碳的混合物中通过发光而构成。1样被广泛利用的Nd:YAG激光器是有辨别的。1些早期的固态激光器，活性介质包括了掺有钕的晶体，由化学元素钇、铝和石榴石（YAG）所组成。在1980年代末，半导体技术终究将越来越耐用和高活性的2极体激光器引入了市场。因所产生能量相对少，2极体激光器在CD和DVD驱动器中很有效，也被用於通过激光焊接对塑料进行连结。 虽然仍处於充满希望的发展路程中的初期，但通过聚集的激光光束对塑料产品进行焊接证明是最好的聚合物连接方法。这个广泛领域中的先驱者之1是德国Jenoptik公司。该公司率先关注於激光焊接技术的研发离了婚的有拆迁款吗，已使这类技术在某些程度上成为热力和机械连接工艺、铆接和粘接的替换方法。1个不无重要的局限性是连接时最少有1方必须能容易吸收特定波长的激光。但是这类方法具有大量的优点：不用接触和施加力，就产生了能量输入。脆弱和机械敏感型产品可以容易地被焊接。在实际焊接进程中，焊接处没有磨擦和熔体排出。 更好的光束质量 瑞士塑料焊接设备制造商莱丹（Leister）公司预测激光焊接领域有两种主要趋势。聚合材料研究上的走势是趋向於材料改性，和开发和原料掺在1起的特种激光添加剂。通过这类方式，可以更高的设计自由度用激光光束对塑料进行连接。 另外1方面，工艺操作人员和设备制造商越来越多地合作，以优化现有的塑料连接方法。莱丹开发出了掩罩式焊接（Mask Welding）工艺，特别适用於医学领域。箔片可以被焊接到微板上，没有熔体流到缝隙中。掩罩1般也可用於利用流体学中，特别是用於微型流体部件中。这类精密又经济高效的工艺在文娱电子产品和电脑周边产品中找到了利用。莱丹开发的另外1种工艺是放射焊接（Radial Welding）。在这类工艺中，公道对接的部件被焊接在1起，没必要根据激光而移动。在医学技术中，这类工艺被用於焊接导尿管附件。放射焊接也在传感器技术、流体学和汽车工程中找到了利用。莱丹获得专利的GLOBO焊接工艺已在医学技术中获得利用。它能使接合部分强有力地压在1起政府强拆违章建筑违法吗，例如能让两块透明箔片被焊接在1起。通过吸收性黑色基材把热能输送到箔片中。此概念可以被用於大面积的部件粘接（图3）。图3 莱丹用於塑料产品3维激光焊接的Globo焊接工艺

德国Optotools公司相信，激光焊接在市场上还没有更强有力地建立起自己地位的缘由在於现有激光模式的光束质量仍欠佳。该公司通过利用最新1代纤维连结的2极体激光器（图4），努力弥补这类不足。Optotools的模式化设计和极高的光束质量，使其可被安装於所谓的检流扫描器中。在这类组合当中，新模组能在激光焊接中优先实现接近於同步的连接工艺。由此在周期速率上的提高又决定性地提升了设备的生产力。 此观点得到了LPKF激光与电子公司的证实，其塑料焊接分公司依赖於Optotool的激光模式。LPKF把这类新型连接方法的优点看成是超声波焊接和胶粘连结的经济高效又节省材料的替换方法。激光焊接清洁，输入能量易被控制，部件上的机械负荷轻。当加工敏感性材料，如电子零件或敏感性医用元件时，激光焊接特别有效，而且明显降落了废品产生的机率。 架构与刺穿 激光还在哪些地方证明了它们在塑料加工中的能力？此技术无可争议的优点还可征服哪些利用？1个例子就是微型技术。塑料的激光架构已作为传统工艺的替换方法而变得成熟起来，特别是在必须减小对敏感性部件影响的场合。利用为这类工艺量身定造的新光源，加工能力范围可被推动到纳米级。 Jenoptik公司提供的名为Votan A加工中心，利用了两种方式的激光能量。这类机器用於刺穿轿车仪表板上乘客用气囊的设计破裂点，同时构玉成部部件的边界和轮廓。Jenoptik强调集成在生产中心的两种激光模式独立地工作。但是，由于本钱缘由，普通CO2激光源也能够用於较小型生产运作中。 塑料加工企业也能够利用激光技术来清洁模具上的粘性残余物，并针对列印或连结而对各种材料表面进行预处理。这里激光工艺的优势是对部件进行非接触的局部处理，并能将必须的操作融会到生产工艺中，而且操作对生态非常友好。正是这些因素的会合，将使激光在塑料加工业中延续它们的成功故事，并证明其不可或缺性。资讯分类行业动态帮助文档展会专题报道5金人物商家文章