2微米激光器在透明塑料焊接方面的应用

　　塑料作为一种高分子聚合物材料已经广泛地应用于各个工业领域，其用量甚至已经超过了对钢铁等金属材料的需求。

　　塑料以树脂为主要成分，按照成型方式可以分为热塑性和热固性塑料。热塑性塑料加热后变软，冷却后固化成型，且该过程可重复。代表材料包括通用塑料，如聚乙烯(PE )、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP )、聚苯乙烯(PS )、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA);工程塑料，如尼龙(Nylon )、聚碳酸酯(PC )、聚氨酯(PU)、聚四氟乙烯(特富龙, PTFE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等;特殊塑料，如“医用高分子”类的“合成心脏瓣膜”、“人工关节”等。热固性塑料初步加热后变软，达到一定温度后异变固化成型，该过程不可逆不可重复。代表材料包括酚醛树脂(PF)、环氧树脂(EP)、氨基树脂、不饱和聚酯树脂(UP)等。

　　塑料成型后，会进行二次加工，最重要地就是根据各种需求进行塑料连接。一般的，塑料连接的方法有胶水粘结、超声焊、摩擦焊、热熔焊，以及激光焊等。其中，激光焊作为一种新兴的塑料焊接方式，已经得到了越来越多的应用。国际上以LPKF，Leister，Branson为代表，国内以大族激光，华焯光电、苏州西比科为代表目前拥有多样的激光塑料焊接设备。

　　目前的激光塑料焊接大部分是针对有色塑料，或者是需要添加光吸收焊料进行辅助焊接。这些塑料广泛应用于汽车电子或者手机等行业。而对于一些特殊领域，比如生物医疗领域以及LED灯箱等领域，更多的对透明塑料有极大的需求或者不允许使用光吸收焊料，比如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚碳酸酯(PC )，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，环烯烃共聚物(COC)等材料。这些透明塑料因为其对于可见光或者近红外光极低的吸收率而难以应用普通的激光焊接，但这些材料却对接近2微米波长的激光具有较强的吸收率(如下图)。

 

 

　　诺派激光针对透明塑料焊接应用推出自主研发的2微米光纤激光器Powerwave2000。该激光器采用全光纤结构，输出功率最高80W可调，风冷设计，3m单模光纤带准直头，可输出5mm光斑。

 

 

　　我们使用Powerwave2000产品对常用的PMMA材料和PP材料进行了焊接实验，对光斑进行透镜聚焦后，针对焊接厚度为1mm的PMMA塑料，在不使用吸光添加剂的情况下可实现最窄焊缝100um。

 

　　诺派激光自有焊接实验平台

 

　　2um激光焊接1mm厚度PMMA材料

 

CCD下测量焊缝宽度102um