Лазерные технологии открывают новые возможности для интеллектуального производства｜Применение лазера с точностью 2 мкм в сварке пластмасс

Благодаря постоянному развитию науки и техники лазерные технологии нашли широкое применение в различных областях. В частности, лазерная сварка, являясь эффективным и точным методом сварки, широко используется в современной интеллектуальной обработке и производстве.
Лазерная сварка — это метод прецизионной сварки, в котором в качестве источника тепла используется лазерный луч с высокой плотностью энергии. Путем регулирования таких параметров, как ширина, энергия, пиковая мощность и частота повторения лазерного импульса, происходит плавление заготовки и формирование определенной зоны плавления, что позволяет обеспечить соединение. Назначение материала. Этот метод обладает такими преимуществами, как высокая эффективность, точность, широкая применимость и экологичность. Лазерная сварка может применяться для сварки различных пластиков, металлов и других материалов, особенно для прецизионной сварки микро- и мелких деталей.
Введение в волоконный лазер с длиной волны 2 мкм
В 1988 году Ханна и др. из Университета Саутгемптона (Великобритания) впервые добились выходной мощности в 21 мВт от одномодового волоконного лазера с тулиевым легированием, причём выходную длину волны лазера можно было настраивать в диапазоне 1880–1960 нм. В принципе, полоса шириной 2 мкм находится в безопасном для человеческого глаза диапазоне, имеет хорошие спектральные линии поглощения для NO, H₂O, CO₂ и т. д., а также отличается высоким коэффициентом электрооптического преобразования, компактными размерами и безотказной работой, благодаря чему может применяться в лидарах, космической связи, биомедицине, обработке материалов и других областях.

В настоящее время к числу основных производителей 2-микронных лазеров относятся компании Trumpf, IPG и другие. Китайская компания «Чжунлей Оптоэлектроника» также выпустила волоконный лазер с длиной волны 2 мкм и аналогичной мощностью.
Применение 2-микронного лазера при сварке пластмасс
При лазерной сварке пластмасс, как правило, используется принцип проходной сварки. В процессе сварки в качестве источника тепла используется лазер определенного диапазона длин волн, обычно инфракрасный, поскольку лазер в этом диапазоне характеризуется низким коэффициентом поглощения большинством видов прозрачных или окрашенных термопластов, а также меньшими потерями энергии при прохождении через пластмассу. Что касается выбора пластиков для сварки, верхний пропускающий слой должен быть изготовлен из пластиковых материалов с высокой степенью пропускания лазерного излучения, тогда как нижний свариваемый слой — из материалов с относительно высокой степенью поглощения лазерного излучения. Во время сварки лазерный луч проходит через верхний материал и падает на поверхность нижнего материала. Нижний материал обладает более высокой степенью поглощения лазерного излучения. После поглощения лазера в месте соединения верхнего и нижнего материалов выделяется большое количество тепла. Тепло расплавляет пластик на поверхности соединения. После охлаждения, когда на поверхности стыка образуется сварной шов, сварка завершается. При сварке с использованием волоконного лазера с диаметром волокна 2 мкм энергия луча аккумулируется в верхних нескольких миллиметрах практически всех пластиков. Используя эту особенность, можно сваривать пластиковые листы толщиной не более нескольких миллиметров без применения наполнителей. Этот процесс называется “прямой лазерной сваркой” и отличается от принципа “проходной лазерной сварки”. Прямая лазерная сварка пока не нашла широкого применения при сварке пластмасс. Её типичным применением является сварка прозрачных пластмасс с прозрачными, что открывает широкие перспективы для применения.
Преимущества лазерной сварки пластмасс
Сварка обладает следующими преимуществами:
① Бесконтактная сварка: при лазерной сварке используется метод бесконтактной сварки, что позволяет избежать таких проблем, как механические нагрузки и вибрация, характерные для традиционных методов сварки, и тем самым сохранить целостность и эксплуатационные характеристики изделий из пластмассы.

② Высокоточная и высококачественная сварка: поскольку длина волны и размер пятна лазера с длиной волны 2 мкм лучше подходят для поглощения и сварки пластиков, можно добиться высокоточной и высококачественной сварки. С помощью формирования пятна лазера с длиной волны 2 мкм можно выполнить сверхточную сварку. Кроме того, благодаря концентрированному тепловому воздействию и небольшой зоне термического влияния при лазерной сварке можно получить четкие сварные швы и меньшие зоны термического влияния.

Конкретные области применения лазерной сварки пластмасс
В настоящее время технология лазерной сварки пластмасс с использованием лазера с длиной волны 2 мкм широко применяется во многих областях, таких как медицина, электроника и бытовая техника, благодаря своей высокой эффективности, точности и экологичности.

① Медицинская отрасль: Технология лазерной сварки пластмасс с точностью 2 мкм играет важную роль в производстве медицинского оборудования. Её можно использовать для сварки корпусов эндоскопических капсул, приборов для анализа крови, оборудования для регулирования микропотоков, одноразового инфузионного оборудования, а также трубок медицинского электронного оборудования. Эта технология может заменить традиционный процесс склеивания и специально применяется для сварки пластмассовых изделий в медицинской сфере. Она не требует использования флюса, обеспечивает высокую прочность сварного соединения и отличается стабильными эксплуатационными характеристиками. В настоящее время лазерная сварка широко применяется при производстве прецизионного медицинского оборудования, включая сердечные стенты, биопсийные щипцы для гастроскопов, защитные устройства от ушной серы, баллонные пластиковые катетеры и другое прецизионное медицинское оборудование. В частности, баллонные пластиковые катетеры, являющиеся пластиковыми медицинскими интервенционными устройствами, используемыми для дилатационного лечения стриктур верхних отделов желудочно-кишечного тракта, в настоящее время широко изготавливаются методом лазерной сварки. Для обработки баллонного катетера можно использовать лазер с диаметром луча 2 мкм. В процессе обработки лазерный луч направляется непосредственно на поверхность пластика, который поглощает лазерное излучение, в результате чего пластик плавится и происходит сварка. Современная технология лазерной сварки позволяет обеспечить бесшовное соединение головки баллона с корпусом трубки, что дает возможность баллонному катетеру беспрепятственно продвигаться по изгибам и узким участкам пораженных кровеносных сосудов, сводя к минимуму повреждение сосудов и повышая безопасность операции. Ожидается, что в будущем внедрение более передовых технологий лазерной сварки позволит ещё больше уменьшить внешний диаметр наконечника баллонного дилатационного катетера.