利用激光焊接機(jī)可以讓焊接縫隙小到極致
工業(yè)界尋求生產(chǎn)甚至更小型的復(fù)雜塑料零部件時,就需要新的研究來使塑料中的焊縫≤10微米。直到最近,最小的激光焊縫寬度測量值可能在10~20微米。然而,這已達(dá)到紅外激光器的分辨率極限,不可能通過單獨控制激光焦點光斑大小來實現(xiàn)更小的焊縫。2015年6月15日外文媒體報道英國焊接研究所與劍橋大學(xué)合作開發(fā)了新穎的焊接技術(shù),新技術(shù)將電子束光刻與激光焊接技術(shù)相結(jié)合,用于熱塑性材料,形成世界最小的焊縫,帶來了其在更小型生物學(xué)分析芯片、微化學(xué)反應(yīng)器和微電子產(chǎn)品中的應(yīng)用。
激光焊接機(jī)是利用高能量的激光脈沖對材料進(jìn)行微小區(qū)域內(nèi)的局部加熱,激光輻射的能量通過熱傳導(dǎo)向材料的內(nèi)部擴(kuò)散,將材料熔化后形成特定熔池。它是一種新型的焊接方式,主要針對薄壁材料、精密零件的焊接,可實現(xiàn)點焊、對接焊、疊焊、密封焊等,深寬比高,焊縫寬度小,熱影響區(qū)小、變形小,焊接速度快,焊縫平整、美觀,焊后無需處理或只需簡單處理,焊縫質(zhì)量高,無氣孔,可精確控制,聚焦光點小,定位精度高,易實現(xiàn)自動化。激光焊接機(jī)的優(yōu)勢使其在多個行業(yè)的材料連接中得到應(yīng)用。激光焊接非常適用于復(fù)雜產(chǎn)品的制造,如微流體裝置,其通道和結(jié)構(gòu)分辨率通常低于100微米。
英國焊接研究所與劍橋大學(xué)卡文迪什實驗室合作,將激光吸收器精確圖樣著色于塑料表面,來確定焊接位置,引起了塑料激光焊接最小焊縫的最新進(jìn)展。研究團(tuán)隊以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)熱塑性塑料為基材,進(jìn)行了嘗試,遵循透射激光焊接的原理,在結(jié)合界面采用紅外吸收性材料膜。采用電子束光刻將膜以可復(fù)制的方式模制到需要的分辨率,這樣在焊接后就可以保留。研究團(tuán)隊成功驗證了一系列5微米通道及寬度為1微米的激光焊接接頭。也對0.5微米的更小焊縫進(jìn)行了驗證,得出的結(jié)論是:制造分辨率低于1微米的高密度塑料結(jié)構(gòu)件是可能的;可在焊縫線外無極端加熱的區(qū)域?qū)嵤┖附?。?jīng)驗證,使用激光吸收器防染材料的過程能對塑料進(jìn)行連接形成接頭。該項目團(tuán)隊研究采用電子束光刻來制作吸收器圖樣,使得焊縫寬度小于10微米,采用模制方法建造了微電子電路。挑戰(zhàn)是在微電子電路的邊界同時生成微通道及紅外吸收器痕跡,并密封通道。
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