Lasin laserhitsaus

Ultralyhyt pulssilaserit yhdistettynä kehittyneeseen itsefokusoivaan teknologiaan tarjoavat laadun ja prosessin luotettavuuden, joita tarvitaan laserlasihitsauksen käyttämiseen sarjatuotannossa. Lasin ainutlaatuiset ja erinomaiset ominaisuudet tekevät siitä laajan käytön erilaisissa korkean teknologian tuotteissa eri aloilla, kuten biolääketieteessä ja mikroelektroniikassa. Olemme aiemmin kuvailleet sen valmistajille asettamia haasteita erityisesti suurten volyymien ja tarkkuuslasinleikkauksen alalla. Se aiheuttaa myös vaikeuksia kiinnittämisessä, mukaan lukien yksittäisten lasiosien hitsaaminen yhteen ja lasin hitsaaminen muihin materiaaleihin, kuten metalleihin ja puolijohteisiin.

Kaikki perinteiset lasin hitsausmenetelmät kamppailevat kustannustehokkaan massatuotannon vaatiman tarkkuuden, liimauslaadun ja tuotantonopeuden saavuttamiseksi. Esimerkiksi liimaus on taloudellinen menetelmä, mutta jättää liimamateriaalia kappaleeseen ja vaatii jopa kaasunpoistoa.

Dielektriseen hitsaukseen kuuluu jauhemateriaalin sijoittaminen kosketuskohtaan ja sen sulattaminen sidoksen viimeistelemiseksi. Saavutetaanpa tämä sulaminen uunin tai laserin avulla, osaan pumpataan paljon lämpöä. Tämä on ongelma mikroelektroniikassa ja monissa lääketieteellisissä laitteissa.

Ionisidonta on nerokas menetelmä, joka tarjoaa erittäin korkean sidoslujuuden. Kaksi uutta, erittäin tasaista lasipintaa puristetaan yhteen ja sulautuvat yhteen molekyylisidoksilla. Tätä ei kuitenkaan ole realistista tehdä tuotantoympäristössä.

Entä laserhitsaus? Lasilla on monia erittäin hyödyllisiä ominaisuuksia, kuten erittäin korkea sulamispiste, läpinäkyvyys, hauraus ja mekaaninen jäykkyys, mutta se aiheuttaa myös monia vaikeuksia laserhitsauksessa. Siksi tyypilliset teollisuuslaserit ja metallien ja muiden materiaalien hitsaukseen käytetyt menetelmät eivät sovellu lasille.

Aivan kuten lasin tarkkuusleikkauksessa, salaisuus piilee infrapuna-ultra-lyhyen aallonpituuspulssilaserien (USP) käytössä. Lasi on infrapunassa läpinäkyvää, joten fokusoitu lasersäde voi kulkea suoraan sen läpi, kunnes fokusoitu säde kapenee ja tulee niin fokusoituneeksi, että se laukaisee "epälineaarisen absorption". Tämä "epälineaarinen absorptio" tapahtuu vain ultralyhyissä pulssilasereissa, joilla on huipputeho, eikä muun tyyppisiä lasereita voida käyttää saman asian saavuttamiseen.

Joten hyvin pienellä alueella lasersäteen fokuksen ympärillä (halkaisijaltaan yleensä alle muutaman kymmenen mikronin) lasi absorboi laservaloa ja sulaa nopeasti. Tätä fokusoitua sädettä skannataan haluttua hitsausreittiä pitkin liimauksen loppuunsaattamiseksi, aivan kuten muutkin laserhitsausmuodot.

Ensinnäkin se luo vahvan sidoksen, koska molemmat hitsattavat materiaalit sulavat osittain ja jähmettyvät sitten yhteen muodostaen hitsin. Lisäksi prosessi soveltuu myös lasin liittämiseen lasiin, lasin metalliin ja lasin liittämiseen puolijohteisiin.

Toiseksi tässä prosessissa osaan tulee hyvin vähän lämpöä, ja tätä lämpöä syntyy enintään muutaman sadan mikronin leveydellä. Tämä mahdollistaa hitsien sijoittamisen hyvin lähelle elektronisia piirejä tai muita lämpöherkkiä komponentteja, mikä antaa suunnittelijoille ja valmistajille enemmän vapautta ja mahdollistaa tuotteiden paremman pienentämisen.

Lopuksi, jos USP-laserlasihitsaus toteutetaan oikein, hitsin ympärillä ei ole mikrohalkeamia. Mikrohalkeamat vähentävät lasin mekaanista lujuutta. Lisäksi lämpötilasyklien muutosten jälkeen (jotka ovat väistämättömiä kaikkeen), mikrohalkeamat voivat olla laitteen lopullisen vian lähde.

USP-laserlasihitsauksen etuna on, että lasia kuumennetaan vain pienessä tilavuudessa. Mutta se asettaa myös käytännön haasteita. Tämä tarkoittaa, että vaikka osa liikkuisi, laserin tarkennusasento on pidettävä erittäin tarkasti kahden hitsatun komponentin rajapinnassa. Koska todellisen maailman osat eivät ole täysin tasaisia, tämä on vaikea saavuttaa. Lisäksi osien sijoitus hitsausjärjestelmässä ei välttämättä sovi täydellisesti.

Yksi ratkaisu on käyttää aksiaalisesti pidennettyä tarkennusta. Tämä "venyttää" lasersäteen tarkennuksen kokoa paikkaherkkyyden korjaamiseksi. Tämän menetelmän haittana on kuitenkin se, että pitkänomainen säteen fokus muodostaa lasiin sulan altaan, jonka poikkileikkaus ei ole pyöreä. Kun lasi jähmettyy sulamisvyöhykkeellä, ei-pyöreä sulaallas muodostaa todennäköisemmin mikrohalkeamia.

Toinen menetelmä voi toteuttaa hitsausvaikutuksen ilman mikrohalkeamia ja mukautua prosessin rajapinnan etäisyyden merkittävään muutokseen. Salaisuus on, että yhdistettynä korkeaan dynaamiseen tarkennustekniikkaan, suuren numeerisen aukon (NA) optiikkaa käytetään tuottamaan pieniä polttopisteitä.

Tällä tavalla laserjärjestelmä saavuttaa sulan altaan korkean pallomaisuuden, jolloin vältetään mikrohalkeamat. Se myös tunnistaa käyttöliittymän etäisyyden ja säätää jatkuvasti optiikkaa pysymään aina täydellisessä tarkennuksessa. Tuloksena on, että laadukas hitsaus on taattu lähes kaikenmuotoisille kappaleille, eivätkä osien toleranssit ja sijainti vaikuta prosessiin.

Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. on korkean teknologian yritys, joka on erikoistunut automaattisten laserpäällystyskoneiden, nopean laserpäällystyskoneen, lasersammutuskoneen, laserhitsauskoneen ja laser-3D-tulostuslaitteiden T&K-toimintaan, valmistukseen ja myyntiin. Tuotteemme ovat kustannustehokkaita ja niitä myydään kotimaassa ja ulkomailla. Jos olet kiinnostunut tuotteistamme, ota meihin yhteyttä numeroon bob@gshenglaser.com.