塑料激光焊接，一种正在被重视的工艺

塑胶雷射冲压定义：

随着绿色环保理念在全球工业生产中的贯彻以及运输成本控制方面的考虑，塑胶作为一种操控性优异的生质非合金材料，被日益广泛地应用领域在各金融行业的零模块设计、制造上，现代的合金模块越来越多地被拥有同样工作操控性的塑胶模块替代，同时对塑胶零件间的冲压连接控制技术和冲压产品质量也提出了更高的要求，这些变化为雷射冲压控制技术在塑胶材料领域的应用领域提供了契机。

一、现代塑胶冲压常用的方法

1. 超音波冲压

超音波冲压法通过机械低频阻尼而逐步形成黏合处。待换装的模块冷却系统滚轮于振荡焊头和一般来说焊头间，接着与接触点呈锐角，接受增益为20～40KHz的超音波阻尼。交替式低频形变在黏合处介面处造成热能，从而逐步形成优质的冲压。

用作而此工艺控制技术的辅助工具十分昂贵，因此，适宜在总产量较大时选用。专业领域主要包括在多头机内冲压医疗器材所用的管路和筛查程序、盒体、汽车模块、微波炉机壳等。

2. 磨擦冲压

改性塑胶磨擦冲压（也称作转动冲压）与合金冲压的原理相同。在这种冲压工艺控制技术中，将一片片板材一般来说，另一片片板材以大列佩季哈区的加速度转动。当模块压拼在一起时，磨擦热导致树脂熔融，加热后即逐步形成冲压。磨擦冲压能造成优良的冲压产品质量，冲压工艺控制技术单纯，随机性强，仅适合于至少有一个模块是圆形且不需要角度翻转的专业领域。

3. 阻尼冲压

阻尼冲压也称作非线性磨擦冲压。三件改性模块在适当的阻力、增益和增益下相互磨擦，直至造成足够的热能使树脂熔融年末。阻尼停止后，模块彼此翻转，熔融的树脂重构后逐步形成冲压。

此冲压工艺控制技术主要优点是能高速冲压大型复杂非线性模块。其它弱项主要包括：能同时冲压多个模块，冲压辅助工具单纯，几乎能冲压所有改性材料，主要用作汽车和家电金融行业。

4. 需使冲压

对于塑胶黏合来说，需使冲压是最单纯的试产控制技术。高温需使夹著待黏合处的表层间，直至松弛年末。此时，将需使抽出，两表层在大列佩季哈区阻力之下吻合，保持一段特定的时间后拼在一起。接着，让熔融表层加热，逐步形成冲压。冲压辅助工具或加热模块备有内建Tiruvanamalai，以避免塑胶接合于冲压辅助工具上。

多种日用品都选用而此冲压工艺控制技术，例如：微波炉机壳，滚筒和橱柜模块、冷却液货舱、后灯、警示灯等汽车模块。需使冲压法的弊病是冲压速度较快。

5. 热气冲压

热气冲压法利用加热的气流（通常为空气）将改性塑胶板材和改性塑胶焊条加热和熔融。板材和焊条熔融后逐步形成焊缝。为确保有效冲压，必须在焊条上施加适当的温度和阻力，还应确保合适的冲压速度和焊枪位置。主要用途主要包括化学品存储容器、通风管道和汽车保险杠等注塑件维修等。氮气用作氧气敏感的材料，如聚乙烯；氧气则逐步形成更高的冲压强度。

而此冲压方法的主要优点是能冲压大型、复杂的模块，但是冲压速度慢，冲压产品质量完全依赖于焊工的技能。

6. 植入冲压

在植入冲压中，首先将合金嵌件夹在待黏合处的模块间，接着通过感应或电阻方式加热。选用电阻冲压时，要求沿黏合处放置电线将电流传导到植入件中；选用感应冲压时则不需要这种方式。植入冲压法已用作冲压大型模块等的复杂黏合处，主要包括汽车保险杠、电动汽车和游艇船壳等。

二、塑胶雷射冲压原理

最常用的雷射冲压形式被称作雷射透射冲压，首先将两个待冲压塑胶零模块加阻力夹在一起，接着将一束短波红外区的雷射定向到待粘结的部位。

图1 塑胶雷射冲压基本原理图

雷射束通过上层透光材料，接着被下层材料吸收，雷射能量被吸收后转换为热能，由于两层材料被压在一起。热能从吸收层传导到透光层上，使得两层材料熔融并结合。

图2 塑胶雷射冲压过程示意图

同时由于材料本身的热膨胀扩张造成内部阻力。内部阻力与外部阻力共同作用确保了两部分的坚固冲压。图1、图2直观地说明了塑胶雷射冲压的原理与过程。

在实际应用领域中，塑胶雷射冲压有几种不同的冲压工艺控制技术方法：

顺序型周线冲压：雷射沿着塑胶冲压层的轮廓线移动并使其熔融，将塑胶层逐渐粘结在一起；或者将被夹层沿着一般来说的雷射束移动达到冲压的目的。

同步冲压：来自多个二极管雷射器的雷射束，通过光学元件将雷射束整形，雷射束被引导到沿着冲压层的轮廓线上，同时在焊缝处造成热能，从而使整个轮廓线同时熔融并粘结在一起。

扫描冲压：扫描冲压又称准同步冲压，扫描冲压控制技术综合了上述顺序型周线焊和同步冲压两种冲压控制技术。利用反射镜造成高速雷射束10 米/秒的速度，沿着待冲压的部位移动，使得整个冲压处逐渐发热并熔拼在一起。

照射掩膜冲压：雷射束通过模板进行定位，熔融并粘结塑胶，模板只暴露出下面塑胶层上面积一个很小的精确的冲压部位，雷射束仅对制品上没有被掩膜遮住的部分加热。使用这种控制技术可以实现低至10微米的高精度冲压。

三、塑胶雷射冲压的工艺控制技术

1. 雷射的波长

塑胶冲压过程中常用的是二极管雷射器或半导体雷射器。光束处于近红外区域，并且光束波长在400～1,100μm，可以通过光纤传输，在这个范围内的雷射束可以被大多数的塑胶所吸收。二极管雷射冲压系统紧凑，并且雷射器还可以达到更高级别的功率。雷射的波长可以根据特殊要求来设计。半导体雷射器的波长一般是808～980μm。半导体雷射器投资成本小，体积小，效率高。

2. 塑胶材料

改性塑胶包含无定形塑胶和半晶性塑胶。能够被雷射冲压的塑胶均属于改性塑胶。理论上，所有改性塑胶都能够被雷射冲压。塑胶雷射冲压控制技术对被冲压塑胶的要求为：在热作用区内的材料，要求对雷射光波的吸收性好；不属于热作用区部分的材料，则要求对光波的透过性好，尤其在对三件薄塑胶件进行叠焊时更是如此。一般向热作用区塑胶中添加吸收剂可以达到目的。

3. 吸收剂

吸收剂的应用领域是塑胶雷射冲压工艺控制技术中非常重要的工艺控制技术。塑胶雷射冲压的本质是将热作用区的待冲压塑胶融化，随后加热自然实现塑胶件的黏合。让塑胶融化需要使塑胶件吸收足够的雷射能量。

通常理想的吸收剂是碳黑，碳黑能够将红外波长的雷射能量基本全部吸收，从而大大提高塑胶的热吸收效果，使得热作用区的材料融化得更快、效果更好。一些其他颜色的染料，也能够起到相同的吸收光波的效果。

添加吸收剂的方法有3种：一是直接向待冲压材料中渗入吸收剂，这样应该将渗过吸收剂的塑胶件放在下面，而把没有渗吸收剂的塑胶件放在上面，让雷射光波通过；二是向塑胶件待冲压的表层渗吸收剂，这样只有被渗透了吸收剂的一部分塑胶将成为热作用区而被融化；三是在两块待冲压塑胶件的接触处喷涂上或者印刷上吸收剂。

4. 其他参数

与合金冲压不同，塑胶雷射冲压需要的雷射功率并不是越大越好。冲压雷射功率越大，塑胶件上的热作用区就越大、越深，将导致材料过热、变形、甚至损坏。应该根据需要融化的深度来选择雷射功率。

塑胶雷射冲压的速度比较快，一般得到1mm厚焊缝的冲压速度可达20m/min；而选用高功率的CO2雷射器冲压塑胶薄膜，最高速度可以达到750m/min。

四、塑胶雷射冲压的优势

雷射冲压是利用高能量密度的雷射束作为热源的一种高效精密冲压方法。雷射冲压是雷射材料加工控制技术应用领域的重要方面之一。20世纪70年代主要用作冲压薄壁材料和低速冲压，冲压过程属热传导型，即雷射辐射加热工件表层，表层热能通过热传导向内部扩散，通过控制雷射脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复增益等参数，使工件熔融，逐步形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功应用领域于微、小型零件的精密冲压中。与现代塑胶冲压工艺控制技术相比，雷射冲压具有冲压强度高，加热和加热速度极快，热影响区小，冲压形变和变形很小；非接触加工，对焊件不造成外力作用，可冲压难于接触的部位；冲压工艺控制技术稳定，焊缝表层和内在产品质量好，操控性高；雷射在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，通过玻璃或对光束透明的材料进行冲压等诸多优点。

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1）非接触冲压，与待冲压工件不发生物理接触，改性塑胶不发生化学反应，可在工业环境下操作，适用作需要卫生安全的医疗和食品金融行业。医疗金融行业主要用作注射系统、医疗电子设备、各种人造移植及造口产品等。

2）雷射束形状尺寸可调控，从而控制热影响区和黏合区域大小，自由度高，灵活性好。不限制待冲压零模块尺寸及形状，能够实现二维甚至三维的冲压，为多样化定制化零模块生产提供了基础。

3）冲压速度快，焊缝强度高，无飞边，无残渣，能够保证冲压区域的良好外观。相关数据显示，就普通乘用车而言，非合金材料重量占比约1/3，部分车型而此占比更大，塑胶则是车用非合金四大材料之一。高档轿车保险杠选用塑胶雷射冲压能够达到强度和外观两全其美。其他如汽车滤清器、气液分离器、汽车仪表盘机壳、电子开门器、变速箱等雷射冲压都能发挥良好效果。

图：雷射冲压工艺控制技术已经应用领域在部分车型尾灯中，比如HYUNDAI的顶级旗舰车型GENESIS和Equus。

4）精密牢固，不透气，不漏水，能极大减少热形变和阻尼形变，对于精密电子元器件及易损坏器件来说最适合不过。

我们在2019年橡塑展上也看到南京聚隆展台也有雷射冲压塑胶来看下视频：

欢迎加入雷射冲压塑胶讨论群，主要有汽车主机厂，改性塑胶厂，助剂、医疗器械以及雷射金融行业粉丝。

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