Ezért érdemes lézersugaras hegesztéssel illeszteni a műanyag alkatrészeket

A hagyományos hegesztési technikák – így például az ultrahangos – érintkezést igényelnek az illesztésre váró alkatrészek között, ami szennyezheti az alkatrészek felületét, a varrat nem lesz olyan sima és tiszta, mint a lézeres hegesztés esetén. Lézersugaras hegesztés során a hegesztés felületén nincs közvetlen mechanikai terhelés, és az energiabevitel kontakt nélküli a hagyományos hegesztéshez képest.

A lézersugaras hegesztés menetét érdemes már a termékfejlesztés első szakaszában megtervezni, mert a lézeres hegesztésre tervezett alkatrészek esetében sokkal könnyebben zajlik a procedúra – írja a Machine Design. A lap összeszedett négy fontos kérdést, amiket meg kell válaszolni a munka megkezdése előtt.

Összeilleszthető a két műanyag alkatrész?

Banálisan hangzik a kérdés, de ha kiegészítjük, már sokkal inkább érthető, mire kell figyelni: az összeillesztendő műanyagok olvadási hőmérséklete és kémiai összetétele kompatibilis egymással?

A műanyagok olvadási hője sokkal alacsonyabb, mint a fémeké. Az iparban használt műanyagok olvadási hőmérséklete 250 Celsius-foktól akár 400 Celsius-fokig is terjedhet. Azoknak az alkatrészeknek, amiket lézeres hegesztéssel illesztünk össze, nagyjából azonos olvadási hőmérsékletű műanyagból kell készülniük.

A kémiai összetétel más szempontból is fontos lehet: vannak olyan műanyagok, amik nem, vagy csak nagyon nehezen illeszthetőek össze egymással. Ilyen például a nagysűrűségű polietilén és a polipropilén.

A lézersugár képes eljutni a megfelelő helyre?

Pontosabban: a lézersugár hatékonyan át tud jutni az illesztési pontig? Az alsó réteg képes elnyelni a megfelelően a lézersugarat?

A lézersugaras hegesztéshez használt lézert általában erős lézerdiódák (fotodiódák) hozzák létre, általában nyolcszáz és kétezer milliméteres hullámhosszon.

A műanyagoknak egyszerre vannak amorf és kristályos fázisai. A műanyag törésmutatóinak különbségei ezekben a fázisokban szétszóródást és fényvisszaverést okoznak, valamint továbbítják és elnyelik a sugarakat. Ez segítheti vagy akadályozhatja is a lézeres hegesztést, e hatások szintjétől függően. A tervezők testre szabhatják ezeket a tulajdonságokat a műanyagokban, hogy megfelelő mennyiségű lézersugarat engedjenek át a felső részen és az abszorpció megfelelő legyen az alsó részen.

Meg lehet tartani a hegesztett alkatrészeket a munkafolyamat közben?

A hegesztéssel összeillesztett anyagoknak jól kell illeszkedniük egymáshoz, miközben a lézeres hegesztés zajlik, ez az eljárás ugyanis nem kezeli jól, ha hézagosan illeszthetőek csak egymáshoz a részek.

Emiatt egyes alkatrészeket, főleg a geometriailag komplex darabokat össze kell nyomni a procedúra alatt ahhoz, hogy megfelelő minőségben illeszkedjenek egymáshoz az alkatrészek. Azonban arra is figyelni kell, hogy ne legyen túl erős ez a nyomás, és ne károsítsa a műanyagot. A megfelelő eredményhez alapos szimulációra van szükség.

Képesek kezelni a lézersugarak hőjét az alkatrészek?

Több módja is van annak, hogy a lézersugarat a munkadarabhoz irányítsuk. Például egy rögzített lézerfej az asztalra szerelt alkatrészt hegesztheti, amely három dimenzióban mozog a hegesztési út szabása érdekében. Ez a megközelítés nem melegítheti egyenletesen a felületet, és inkább egyszerűbb felületen alkalmazhatóak könnyen, a bonyolult utakat CAD adatok felhasználásával lehet készíteni az ilyen rendszerekben.

Egy másik megközelítés a nagysebességű pásztázófejek alkalmazása, amelyek akár 10 méter/szekundomos sebességre is képesek, ami csökkenti a lézer hőhatását.

A fenteknél léteznek kevésbé rugalmas megoldások is, ám a Machine Design cikke szerint a lényeg, hogy olyan munkadarabokat hegesszünk lézersugaras technológiával, amik erre alkalmasak, lehetőleg olyanokat, amiket eleve így terveztek.