Познакомьтесь с лазерами и их ролью в пластике

  1. Лазеры в двух словах
  2. Машина с CO2 лазерами
  3. Сварка с диодными лазерами
  4. Марк с помощью ультрафиолетовых лазеров
  5. Микро-машина с ультрафиолетом
  6. Фотополимеризация с помощью ультрафиолета
  7. Выгравировать инъекцию пресс-формы

Переработка пластмасс - одна из наиболее быстро растущих областей применения лазерных технологий. Переработка пластмасс - одна из наиболее быстро растущих областей применения лазерных технологий

Рисунок 1: Эти пластиковые цепочки для ключей были вырезаны лазером Co2, сварены диодным лазером и помечены на обратной стороне ультрафиолетовым неодимом: твердотельный лазер.

Рисунок 1: Эти пластиковые цепочки для ключей были вырезаны лазером Co2, сварены диодным лазером и помечены на обратной стороне ультрафиолетовым неодимом: твердотельный лазер

Рис. 3 - Векторное сканирование с помощью управляемых компьютером гальванометров перемещает лазерный луч для прямой маркировки или обработки деталей. Телецентрическая система линз удерживает лазерный луч перпендикулярно рабочей поверхности.

Телецентрическая система линз удерживает лазерный луч перпендикулярно рабочей поверхности

Рис. 4 - Этот медицинский катетер был «холодным» маркирован с использованием ультрафиолетового неодимового твердотельного лазера со скоростью 100 символов в секунду.

предыдущий следующий

Переработка пластмасс - одна из наиболее быстро растущих областей применения лазерных технологий. В последние годы разработка новых типов лазеров получила их роль в сварка резка, гравировка, маркировка, спекание, полировка пламенем, сверление и фотополимеризация пластмасс. Эти приложения оказали влияние на ряд рынков, включая автомобильные, медицинские устройства, печатные схемы и быстрое создание прототипов.

Как различные типы лазеров можно использовать для различных задач при изготовлении одного изделия, показано на рис. 1. Здесь представлены двухкомпонентные пластиковые цепочки для ключей, состоящие из прозрачных цветных акриловых кусочков и черного цвета. поликарбонат подставок. Акрил разрезали с помощью СО2-лазера, а затем приваривали к поликарбонату с помощью диодного лазера, а заднюю часть поликарбоната маркировали ультрафиолетовым неодимом: твердотельный лазер.

Поскольку переработчики пластмасс все чаще сталкиваются с лазерными применениями, имеет смысл получить общее представление об их функциях, различных типах и областях применения, для которых подходит каждый.

Лазеры в двух словах

Лазеры - это бесконтактные инструменты с нулевым износом, способные точно доставлять огромное количество энергии в конкретные, сильно локализованные области. Тип взаимодействия, который имеет место между светом, излучаемым лазером, и обрабатываемым материалом, зависит от свойств материала, а также от длины волны и флюенса (энергии на единицу площади) излучаемого света (см. Рис. 2).

Лазеры, излучающие свет в инфракрасной (ИК) части спектра длин волн (> 700 нм), широко используются при обработке материалов. Три типа ИК-лазеров - это диоксид углерода (CO2), диод и ИК-неодим: твердотельные лазеры. Эти лазеры создают «горячие» процессы, которые термически преобразуют пластмассы. Поскольку различные типы пластмасс ведут себя по-разному на каждой длине волны ИК-излучения, для каждого применения пластмассы подходит различный тип ИК-лазера.

Ультрафиолетовые лазеры, такие как ультрафиолетовые лучи: твердотельные, излучают свет с чрезвычайно короткими длинами волн (<400 нм). Ультрафиолетовые фотоны высокой энергии разрушают молекулярные связи в поверхностном слое материалов в «холодном» процессе фотоабляции, который может создавать элементы с гладкими краями. Дополнительным преимуществом обработки ультрафиолетовым светом является то, что он может быть сфокусирован на меньших размерах пятна, чем инфракрасный свет. Эта способность может создавать более мелкие элементы и достигать высокой плотности энергии, необходимой для эффективной обработки материала, даже при скромных уровнях энергии. Однако ИК-лазеры обычно имеют более высокую среднюю выходную мощность, чем ультрафиолетовые лазеры. Следовательно, ИК-лазеры больше подходят для высокоскоростных приложений.

Независимо от длины волны, одна из самых важных особенностей всех лазеров - это то, что они являются бесконтактными инструментами, что означает, что инструмент не изнашивается с течением времени. Это исключает как стоимость замены изношенных инструментов, так и время простоя для замены. Не менее важно то, что отсутствие износа инструмента приводит к гораздо более последовательным и повторяемым надрезам, отметкам, разметочным линиям или просверленным отверстиям, что повышает производительность.

Большое количество различных типов промышленных лазеров, доступных в настоящее время, расширило диапазон пластмасс, пригодных для лазерной обработки - от полиимида до полиэфира, полипропилен , акриловые и PTFE.

В большинстве случаев полностью интегрированные лазерные системы теперь доступны для применения в пластмассах. Они включают лазер, систему доставки луча, электронику, оборудование для обработки материалов и программное обеспечение для управления. Эти удобные для пользователя и не требующие обслуживания системы, как правило, требуют очень незначительного развития процесса со стороны пользователя.

Машина с CO2 лазерами

CO2-лазеры широко используются для обработки пластмасс для изделий, от гибких схем до коммерческих вывесок. Излучение в дальнем инфракрасном диапазоне и высокая средняя выходная мощность CO2-лазеров делают их идеальными для быстрой и экономичной обработки пластмасс, пластин, перфорации, поцелуев, спекания и полировки пламени.

Хотя CO2-лазеры доступны с выходной мощностью в несколько киловатт, большинство лазерных применений в пластмассах выполняются с относительно низкой мощностью из-за низкой температуры плавления большинства пластмасс. Кроме того, CO2-лазеры управляются компьютером на автоматизированных станках для контроля количества подаваемой мощности. Это исключает перегрев области, которая может вызвать чрезмерное обугливание или искажение пластиковой детали.

CO2-лазеры используются в автоматизированных системах для резки, сверления, обработки, перфорирования и нарезки тонких листов и рулонов из полиимида и полиэстера, которые используются в производстве гибких схемных и мембранных переключателей для электронных применений. Производители лазерного оборудования предлагают CO2-лазеры с длиной волны излучения 9400 или 10 600 нанометров. Те, которые излучают при 9400 нм, являются предпочтительными для использования при обработке полиимида, так как они вызывают меньшую карбонизацию и другие повреждения, связанные с нагревом. Единицы, излучающие 10 600 нм, используются для резки и полировки кромок толстых акриловых листов для коммерческого использования и для других целей, а также для спекания пластикового порошка для быстрого прототипирования.

Сварка с диодными лазерами

Одним из последних применений является использование диодных лазеров для сварки и соединения пластмасс. С 1998 года в таких компаниях, как Coherent Inc., идет процесс разработки. Лазерная сварка применяется для изготовления корпусов автомобильных датчиков и исполнительных механизмов, а также для микросварки тонкостенных медицинских изделий. трубы ,

Преимущества этого метода по сравнению с традиционными методами, использующими пистолеты с горячим воздухом или ультрафиолетовые лампы, заключаются в том, что диодные лазеры обеспечивают очень низкий общий подвод тепла и не контактируют с заготовкой. Они также сводят к минимуму побочные повреждения и могут сваривать трехмерные формы. Кроме того, ими гораздо проще управлять, поскольку они могут быть сосредоточены на определенных местах и ​​могут быть включены и выключены практически мгновенно. Кроме того, диодная лазерная сварка создает более прочные и чистые соединения с меньшим всплеском и сваривает трудно соединяемые материалы, такие как модифицированные резиной и наполненные стеклом термопластики. Кроме того, лазеры можно использовать для активации термопластичных клеев или для отверждения термореактивных клеев, таких как эпоксидные смолы.

Поскольку пластик плавится при низких температурах и очень легко испаряется, требуется лишь небольшое количество подводимого тепла, чтобы сделать поверхность пластика слегка текучей. Фактически, флюенс, необходимый для лазерной сварки, намного ниже, чем требуется для любого другого применения пластмасс. Диодные лазеры являются единственными коммерчески доступными лазерами, которые могут многократно использоваться при низких мощностях, необходимых для достижения этого эффекта, и при этом иметь линейный и стабильный выход. Сварка осуществляется с использованием систем с длиной волны 800 нм на основе многоэмиттерных диодных лазерных полос со средней выходной мощностью 30 Вт. Выход этих лазерных систем доставляется на место сварки через волоконную оптику.

Лазерная сварка требует использования двух пластиков, которые ведут себя по-разному в присутствии света с длиной волны 800 нм. Один материал должен быть прозрачным для лазерного излучения, а другой - поглощающим. Лазерный свет передается через верхний прозрачный компонент сустава к нижнему поглощающему компоненту. Созданные таким способом лазерные сварочные швы могут быть значительно прочнее, чем сварные швы, созданные другими способами.

Марк с помощью ультрафиолетовых лазеров

Постоянная маркировка пластмасс часто выполняется во время изготовления многих изделий. УФ-излучающие (355 нм) неодимовые: твердотельные лазеры, такие как лазер Avia от Coherent, идеально подходят для маркировки широкого спектра пластмасс, включая ПЭ, ПП, ABS и PBT.

Низкий уровень флюенса используется для изменения цвет распространенных отбеливающих пигментов, таких как TiO2, в пластике. Это изменение происходит без удаления материала или изменения качества поверхности детали.

На небольших объектах, таких как медицинские катетеры, важно, чтобы идентификационные метки, такие как штрих-коды или буквенно-цифровые символы, имели острые края и не имели обугливания или размазывания. Поскольку они сталкиваются с жидкостями организма, эти следы должны быть несмываемыми и нетоксичными.

Механически выгравированные метки не вариант, так как они изменяют качество поверхности детали, создавая углубления, в которых бактерии могут быть легко уловлены. Таких проблем не существует с маркировкой ультрафиолетовым лазером, которая представляет собой «холодный» процесс, который оставляет высококонтрастную метку с острыми краями. Поскольку ультрафиолетовая лазерная маркировка влияет только на светочувствительный пигмент, процесс не зависит от матрицы, в которую встроен пигмент. В результате лазерная маркировка будет производить неизменно высококачественные марки в широком диапазоне пластмасс.

Кроме того, выходной луч ультрафиолетового неодимового твердотельного лазера может быть сфокусирован до небольших размеров пятна. Это позволяет использовать методы векторного сканирования, используя зеркала, установленные на управляемых компьютером гальванометрах, для направления луча в любое место на рабочей поверхности (рис. 3). Следовательно, программное обеспечение CAD / CAM может использоваться для выполнения сверления, резки или маркировки в режиме «прямой записи». Гибкость, присущая этой «мягкой механическая обработка »Подход идеально подходит для последовательной маркировки символов и сверления отверстий катетером. Такие высокоскоростные системы гальванометрического сканирования могут достигать скорости буквенно-цифровой маркировки и штрих-кода со скоростью более 100 символов в секунду на различных пластиках (рис. 4).

Микро-машина с ультрафиолетом

В дополнение к постоянным отметкам, многие пластиковые медицинские устройства также требуют крошечных отверстий и прорезей. Поскольку эти отверстия слишком малы, чтобы их можно было легко формовать, их необходимо сверлить впоследствии. Например, для катетеров требуются отверстия диаметром от 0,002 до 0,012 дюйма, а для баллонов для ангиопластики требуются отверстия диаметром от 0,0003 до 0,001 дюйма. В обоих случаях отверстия должны быть точно просверлены, без зазубренных краев и без изменения качество поверхности детали.

Использовалось механическое сверление с использованием точных миниатюрных сверл, но они, как известно, деликатны и дороги в замене. Следовательно, точная микрообработка медицинских изделий осуществляется с помощью лазеров. УФ неодим: твердотельные лазеры - это выбор здесь из-за их «холодного» процесса и способности фокусироваться на гораздо меньших размерах пятна, чем ИК-лазеры. ИК-лазеры нельзя использовать для точной обработки многих пластиков, таких как полиимид, из-за повреждения, связанного с нагревом, в виде обугливания и обломков, оставшихся вокруг просверленных отверстий.

УФ неодим: твердотельные лазеры также используются для сверления отверстий микровыступов для соединений с высокой плотностью в гибких схемах. Такие приложения обычно требуют разрешения с малыми характеристиками и сверхвысокого качества обработки полиимида, что не может быть обеспечено лазерами CO2. Поскольку ультрафиолетовые неодимовые: твердотельные лазеры оставляют очень мало остаточного мусора или карбонизации, они идеально подходят для деликатных применений, где нецелесообразно проводить последующую очистку гибкой цепи.

Фотополимеризация с помощью ультрафиолета

Стереолитография, наиболее широко используемый процесс быстрого создания прототипов, создает твердые трехмерные объекты путем избирательного затвердевания последовательных слоев чувствительного к ультрафиолетовому излучению жидкого фотополимера с помощью лазерного излучения. Созданные таким образом объекты используются для различных целей, включая функциональные модели, шаблоны для создания прототипа, исследования подгонки / сборки, эргономические исследования и средства визуальной инженерии. Ультрафиолетовый неодим малой мощности: твердотельные лазеры (355 нм) используются в этом приложении вместе с программными системами сканирования на основе гальванометра.

Выгравировать инъекцию пресс-формы

Гравировка литьевых форм с небольшими трехмерными формами является сложной задачей для производителей. EDM и фрезерование иногда используются для этого приложения, но настройка может быть трудоемкой и сложной.

Так как многие гравированные элементы имеют порядок 0,008 дюйма. Размер, создание четких, четких трехмерных фигур имеет важное значение. Неодим: твердотельные лазеры, которые излучают в ближней инфракрасной и ультрафиолетовой областях на длинах волн 1064 и 355 нм соответственно, хорошо подходят для этого применения.

Помимо тонких характеристик, которые могут быть получены, лазерная гравировка имеет и другие преимущества, которые увеличивают производительность и гибкость производства. Поскольку это процесс, управляемый программным обеспечением, он позволяет гибко изменять дизайн практически мгновенно. Кроме того, этот подход мягкого инструмента позволяет выгравировать несколько конструкций и функций на одной станции в одной установке. Лазерная гравировка также не зависит от твердости материала или проводимости, что позволяет обрабатывать как пластмассы, так и другие материалы, которые широко используются в этой области, такие как керамика и твердые металлы.

ПРИМЕНЕНИЕ ПО ЛАЗЕРНОМУ ТИПУ И ДИАПАЗОНУ ДЛИННЫХ ПОЛОЖЕНИЙПрименениеДиапазон длин волн, нмТип лазера

Резка, сверление, спекание Дальний инфракрасный (9400 и 10 600) со2 Маркировка Ультрафиолетовое (355) УФ неодим: твердотельная Микрообработка Ультрафиолетовое (355) УФ неодим: твердое вещество Сварка / соединение в ближнем инфракрасном диапазоне, (~ 800) Мощный диод Селективная фотополимеризация Ультрафиолетовое излучение (355) Ультрафиолетовый луч Неодим: твердотельное полирование в инфракрасном диапазоне (10 600) Гравировка на кристалле Co2 в ближнем инфракрасном (1046) и ультрафиолетовом (355) инфракрасном диапазоне & uv неодим: твердое состояние

ГЛОССАРИЙ ЛАЗЕРНЫХ УСЛОВИЙ
Fluence: количество световой энергии, излучаемой лазером на единицу площади.
Фокусное пятно: см. Размер пятна.
Инфракрасный (ИК): часть электромагнитного спектра с длинами волн более 700 нм (за пределами человеческого зрения).
Агломерат: процесс формирования связной массы материала при нагревании без плавления.
Skive: процесс удаления одного слоя материала, чтобы выставить нижний слой другого материала.
Размер пятна: диаметр пятна, на котором фокусируется лазерный луч.
Ультрафиолетовое излучение (ультрафиолетовое излучение): часть электромагнитного спектра с длинами волн менее 400 нм (за пределами человеческого зрения).
Векторное сканирование: сканирующие зеркала, установленные на гальванометрах с программным управлением CAD / CAM, направляют лазерный луч в любое место на рабочей поверхности для выполнения сверления, резки или маркировки в режиме «прямой записи».

Похожие

Какие особенности отличают стулья в скандинавском стиле?
... стульев, доступных на современном мебельном рынке, может дать реальный импульс. Для продажи рядом с классическими деревянными стульями мы также находим современные стулья, на металлических ножках, в позах, так называемые. барные стулья, то есть высокие барные стулья, обитые и сложенные стулья - с возможностью поставить один стул на другой, а также пользоваться большим интересом покупателей, оригинальные скандинавские стулья, такие как стул Крис, которые появляются с простыми формами и предлагают