تكنولوجيا الليزر تدعم التصنيع الذكي｜تطبيق الليزر بدقة 2 ميكرومتر في لحام البلاستيك

مع التقدم المستمر في العلوم والتكنولوجيا، أصبحت تقنية الليزر تُستخدم على نطاق واسع في مجالات متنوعة. ومن بينها، يُستخدم اللحام بالليزر، باعتباره طريقة لحام فعالة ودقيقة، على نطاق واسع في عمليات المعالجة والتصنيع الذكية الحديثة.
اللحام بالليزر هو طريقة لحام دقيقة تستخدم شعاع ليزر عالي الكثافة الطاقية كمصدر للحرارة. ومن خلال التحكم في معلمات مثل عرض نبضة الليزر وطاقتها وقوتها القصوى وتردد تكرارها، يتم صهر قطعة العمل وتشكيل بركة صهر محددة لتحقيق الوصلة. الغرض من هذه التقنية هو اللحام. وتتميز هذه التقنية بمزايا عديدة، منها الكفاءة العالية والدقة والقدرة على التكيف على نطاق واسع والحفاظ على البيئة. ويمكن تطبيق اللحام بالليزر على لحام مختلف أنواع البلاستيك والمعادن والمواد الأخرى، خاصةً في اللحام الدقيق للأجزاء الصغيرة جدًّا.
مقدمة عن ليزر الألياف 2 ميكرومتر
في عام 1988، نجح هانا وزملاؤه في جامعة ساوثهامبتون بالمملكة المتحدة لأول مرة في تحقيق خرج قدره 21 ميجاوات من ليزر ليفي أحادي النمط مُشبع بالثوليوم، وكان من الممكن ضبط خرج الليزر في النطاق 1880~1960 نانومتر. من حيث المبدأ، يقع النطاق 2μm ضمن النطاق الآمن للعين البشرية، ويتميز بخطوط طيفية امتصاصية جيدة لغازات NO، وH₂O، وCO₂، وغيرها، ويتميز بكفاءة تحويل كهروضوئية عالية، وحجم صغير، وتشغيل لا يحتاج إلى صيانة، مما يجعله قابلاً للاستخدام في أنظمة الليدار، والاتصالات الفضائية، والطب الحيوي، ومعالجة المواد، وغيرها من المجالات.

في الوقت الحالي، تشمل الشركات المصنعة الرئيسية لأشعة الليزر ذات الطول الموجي 2 ميكرومتر كل من «ترامبف» و«آي بي جي» وشركات أخرى. كما أطلقت شركة «تشونغلي أوبتوإلكترونيكس» المحلية جهاز ليزر ليفي بطول موجي 2 ميكرومتر وبنفس القوة.
تطبيق الليزر ذي الطول الموجي 2 ميكرومتر في لحام البلاستيك
يعتمد اللحام بالليزر للبلاستيك عمومًا على مبدأ اللحام بالانتقال. عند اللحام، يُستخدم نطاق طول موجي محدد من الليزر كمصدر للحرارة، وعادةً ما يكون ليزرًا يعمل بالأشعة تحت الحمراء، لأن الليزر في هذا النطاق يتميز بمعدل امتصاص منخفض بالنسبة لمعظم أنواع اللدائن الحرارية الشفافة أو الملونة، كما أن الليزر يفقد طاقة أقل عند مروره عبر البلاستيك. فيما يتعلق باختيار البلاستيك المراد لحامه، يجب أن تكون طبقة النقل العلوية مصنوعة من مواد بلاستيكية ذات نفاذية عالية للليزر، بينما يجب أن تكون طبقة اللحام السفلية مصنوعة من مواد ذات معدل امتصاص عالي نسبيًا للليزر. أثناء عملية اللحام، يمر الليزر عبر المادة العلوية ويسقط على سطح المادة السفلية. تتمتع المادة السفلية بمعدل امتصاص أعلى للليزر. بعد امتصاص الليزر، تتولد كمية كبيرة من الحرارة عند نقطة التقاء المادتين العلوية والسفلية. تعمل الحرارة على صهر البلاستيك عند سطح الوصلة. وبعد التبريد، وعندما يتشكل اللحام عند سطح الوصلة، يكتمل عملية اللحام. عند اللحام باستخدام ليزر ليفي بقدرة 2 ميكرومتر، تتركز طاقة الشعاع في الميلليمترات القليلة العلوية لجميع أنواع البلاستيك تقريبًا. وباستخدام هذه الميزة، يمكن لحام الألواح البلاستيكية التي لا يزيد سمكها عن بضعة مليمترات دون الحاجة إلى مواد مضافة. تُسمى هذه العملية “اللحام بالليزر المباشر” وتختلف عن مبدأ “اللحام بالليزر بالانتقال”. ولا يُستخدم اللحام بالليزر المباشر على نطاق واسع حتى الآن في لحام البلاستيك. ويتمثل تطبيقه النموذجي في لحام البلاستيك الشفاف بالبلاستيك الشفاف، وهو ما ينطوي على إمكانية تطبيق واسعة النطاق.
مزايا اللحام بالليزر للبلاستيك
يتميز اللحام بالمزايا التالية:
① اللحام بدون تلامس: يعتمد اللحام بالليزر على تقنية اللحام بدون تلامس، مما يتيح تجنب المشكلات مثل الإجهاد الميكانيكي والاهتزاز التي تحدث في طرق اللحام التقليدية، وبالتالي يحمي بنية المنتجات البلاستيكية وأدائها.

② لحام عالي الدقة وعالي الجودة: نظرًا لأن الطول الموجي وحجم البقعة لليزر الذي يبلغ طوله الموجي 2 ميكرومتر أكثر ملاءمة لامتصاص البلاستيك ولحامه، يمكن تحقيق لحام عالي الدقة وعالي الجودة. ويمكن تحقيق لحام فائق الدقة من خلال تشكيل بقعة الليزر ذي الطول الموجي 2μm. بالإضافة إلى ذلك، وبفضل الحرارة المركزة وصغر المنطقة المتأثرة بالحرارة في اللحام بالليزر، يمكن الحصول على وصلات لحام واضحة ومناطق متأثرة بالحرارة أصغر.

التطبيقات المحددة للحام البلاستيك بالليزر
في الوقت الحالي، تُستخدم تقنية اللحام بالليزر للبلاستيك بدقة 2 ميكرومتر على نطاق واسع في العديد من المجالات، مثل المجال الطبي والإلكتروني والأجهزة الكهربائية، وذلك بفضل كفاءتها العالية ودقتها ومزاياها في حماية البيئة.

① المجال الطبي: تلعب تقنية اللحام بالليزر للبلاستيك بدقة 2 ميكرومتر دورًا مهمًا في تصنيع الأجهزة الطبية. ويمكن استخدامها في لحام أغلفة الكبسولات التنظيرية، وأجهزة تحليل الدم، ومعدات التحكم في التدفق الدقيق، ومعدات التسريب التي تستخدم لمرة واحدة، وأنابيب المعدات الإلكترونية الطبية. ويمكن لهذه التقنية أن تحل محل عملية اللصق التقليدية، وتُستخدم خصيصًا في لحام المنتجات البلاستيكية في المجال الطبي. فهي لا تتطلب مادة مساعدة، وتتميز بقوة لحام عالية، وأداء مستقر. في الوقت الحالي، تُعالج المعدات الطبية الدقيقة، بما في ذلك الدعامات القلبية، وملاقط الخزعة الخاصة بمنظار المعدة، وواقيات شمع الأذن، والقسطرة البلاستيكية البالونية، وغيرها من المعدات الطبية الدقيقة، بشكل شائع عن طريق اللحام بالليزر. وعلى وجه الخصوص، تُعالج القسطرة البلاستيكية البالونية حالياً على نطاق واسع باللحام بالليزر، باعتبارها جهازاً طبياً تدخلياً بلاستيكياً يُستخدم لعلاج توسع تضيقات الجهاز الهضمي العلوي. ويمكن استخدام ليزر بقوة 2 ميكرومتر لمعالجة القسطرة البالونية. أثناء المعالجة، يُطلق شعاع الليزر مباشرةً على سطح البلاستيك الذي يمتص الليزر، مما يؤدي إلى ذوبان البلاستيك وتحقيق اللحام. يمكن لتقنية اللحام بالليزر المتقدمة تحقيق اتصال سلس بين رأس البالون وجسم الأنبوب، مما يسمح للقسطرة البالونية بالتقدم دون عوائق في الأوعية الدموية المريضة المنحنية والضيقة، مما يقلل من تلف الأوعية الدموية، ويجعل العملية أكثر أمانًا. في المستقبل، من المتوقع أن يؤدي إدخال تقنية لحام بالليزر أكثر تقدمًا إلى تقليل القطر الخارجي لطرف قسطرة توسيع البالون بشكل أكبر.