Laserové robotické stanice
Laserové svařování plastů se stalo v posledním desetiletí pokrokovou a důležitou průmyslově používanou technologií. Pokračující rozvoj nových laserů s vlnovou délkou ve viditelné (zelený laser) a blízké infračervené oblasti spektra, v koordinaci s vývojem souvisejících absorbérů přidaných do plastových materiálů, poskytují možnost spojování transparentní a neprůhledné - absorpční plastové materiály.
Automobilový průmysl, zdravotnický průmysl, elektronický průmysl jsou jen některé z oblastí, kde je technologie laserového svařování plastů široce realizována.
V současné době je rostoucí zájem průmyslu o rozšíření svařování na rozdílné plastové materiály. K překonání problémů spojených se svařováním plastových materiálů je velmi důležité pochopení mechanismů spojování, morfologie a molekulární chování konstrukce plastu. Také pochopení výsledných mechanických a tepelných vlastností, hustotu difúze, migrace, deformace atd.
Robot s laserem
Už na počátku 70. let se prováděly úplně první pokusy laserového svařování termoplastických polymerů. Byl použitý CO2 laser na 100 mikronový polyethylenový film a svařoval se v přeplátovaném spoji. Nicméně k průlomu pro laserové svařování polymerů došlo až v polovině 90. let minulého století, kdy byly vyvinuty stabilní diodové lasery v rozmezí vlnových délek 800 - 1100 nm na výkonových úrovních do 200 W. Dnes se nejčastěji používá vlnová délka laseru pro svařování 980 nebo 1064 nm. Typický rozsah výkonu laseru pro svařování plastů je 10 až 50 W. Diodový nebo vláknový laser Solaris je obvykle integrován se zrcadly vychylovanou skenovací hlavou laserového paprsku, nebo se umístí laser na robotu.
Pro zvýšení rychlosti svařování se nyní uplatňuje kombinace robotu a laseru se skenovací hlavou. K vedení výkonu laserového paprsku od laserového zdroje je prováděno pomocí optického vlákna, kdy vlákno je u diodových laserů pasivní (nezvyšuje výkon laseru, pouze jej přenáší) nebo aktivní - zvyšuje výkon laserového zdroje (princip vláknového laseru). Vláknový laser Solaris má velmi stabilní výkon a parametry laserového zdroje, jak v kontinuelním módu (CW), tak i v pulzním módu laseru. Stabilita laserového výkonu je velmi důležitá pro svařování plastů, kdy je potřebné dosáhnout konstantní teploty plastu.
Základní princip
Překrytý spoj dvou plastů je základní konfigurace pro svařování polymerních materiálů. Horní část plastu je transmisní pro vlnovou délku laseru (laser prochází přes materiál) na spodní polymer, který naopak velmi absorbuje laserový paprsek a tedy i mění jeho energii na tepelnou (zahřívá se). Schopnost absorbovat laserové světlo, je v důsledku chemických barviv nebo pigmentů (také nazývaných "absorbers"), které se přidávají k polymeru před lisováním. Nejpoužívanější absorbér jsou saze, ale používá se mnoho dalších barviv nebo pigmentů.
Zajímavý je jiný typ svařování, kdy se přidává infračervený kapalný absorbér jako aditivum mezi povrchy jen před svařováním. Tato absorbční kapalina (s označením Clear Weld) absorbuje během svařování energii laserového paprsku na rozhraní mezi povrchy materiálů. Začíná tak roztavení povrchu a jejich svaření dohromady jen v úzké oblasti kolem spoje. Jedním z velkých problémů souvisejících s laserovým svařováním termoplastických polymerů je řízení absorpce energie paprsku v ploše materiálu na společném rozhraní. Většina polymerů je obvykle průhledná nebo průsvitná ve viditelné a blízké infračervené oblasti, pouze s pigmenty nebo chemickými přísadami je dosaženo vhodné absorpce k vlnové délce laseru. Při svařování laserem je absorbér přidán pouze do spodní absorbující části, zatímco horní část musí být transparentní k vlnové délce.
V důsledku uvedených vlastností principu svařování leží svár "uvnitř" dvou materiálů, podobným způsobem, jak je známo z odporového svařování kovů. Některé výhody spojené s laserovým svařováním polymerů jsou tedy neviditelný spoj prováděný vysokou rychlostí s velmi nízkým tepelným příkonem a minimálním ovlivněním okolí sváru.
Optimální kvalita sváru, co se týká pevnosti, se obvykle dosahuje při určitém vedení energie (tj. energie dodané na jednotku délky), což znamená, že je určitý poměr mezi výkonem a rychlostí svařování. Příliš nízké vedení energie může mít za následek mírné adhezní přilnutí, zatímco příliš vysoká energie laseru může mít za následek rozklad materiálu (shoří, zuhelnatí). Ke sledování teploty svařování slouží řada metod. Nejběžněji se používají pyrometry, které nabízejí možnost sledovat proces svařování on-line. Měření teploty je bezkontaktní a může být propojené s on-line řízením výkonu laseru. Pro správnou kvalitu sváru je nutné mít dostatečný přítlak svařovaných ploch. Svařitelné materiály, běžné na trhu, se skládají z různých kombinací obou amorfních polymerů (jako je ABS, PC, PU, PMMA, PVC) a semikrystalických polymerů (jako jsou PP, PE a POM), např. kombinace: ABS-PC, PU-PC, PP-PE, PMMA-PVC, PC-POM, PMMA-POM.
www.lt.cz
459
.gif)
