レーザーレーザー溶接 - レーザー溶接の急速な発達
June 19, 2023
急速に発達しているレーザー溶接技術
レーザー溶接プラスチックの基本原理は、クランプを押して2つのワークピースを重ねて、レーザーを上部ワークピースに注入して、レーザーがワークピースに浸透し、以下のワークに吸収されるようにすることです。吸収されたレーザー光エネルギーは熱エネルギーに変換され、2つのワークピースの接触面が溶けて溶接ゾーンを形成します。ただし、熱可塑性材料をはんだんに合わせてレーザー溶接技術を適用することで、かなりの長さが経過していることは事実です。新しい材料、新しい機器、新しい技術の時代において、現在の生産者は、レーザー溶接の特性、利点、要件を理解するだけでなく、テクノロジーの傾向を把握するために、この分野の多くの革新と将来の傾向を認識しなければなりません。 。常にテクノロジーの最前線で、ラジアルレーザー溶接が提供されます。
物質開発
レーザー溶接技術により適応するために、材料サプライヤーは熱可塑性材料に大きな進歩を遂げました。約3年前、ほぼすべての単一の天然材料がカーボンブラックを追加した後、良好なレーザー溶接品質を達成しましたが、その時点では吸収剤の色は黒だけでした。現在、この分野では多くの進歩があります。生産者はほぼすべての色を設計することができ、レーザー溶接の要件を同時に満たし、プロセスの安定性を確保することができます。
色に加えて、材料技術の革新は、レーザー溶接の制限の一部も破られています。たとえば、もともと熱可塑性材料で使用されていた炎還元剤はすべてリン酸塩還元剤であり、そのレーザー溶接はしばしば、材料の光透過率が不十分になっていることがよくあります。今日、多くの材料サプライヤーは、新しいタイプの塩素を含まない難燃剤を開発しており、この問題をうまく解決し、レーザー溶接の要件を正常に満たしています。
プロセスおよび機器技術
初期の頃、レーザー溶接技術には、小さな電子コンポーネントさえも大規模なマシンを必要とし、複雑な外部冷却システムが必要でした。当時の溶接装置は、ND：YAGソリッドステートレーザーの使用に使用されていました。ダイオードレーザーの適用が成功したため、このソリッドステートレーザーは徐々に交換されていますが、これらのダイオードレーザーは通常3000時間未満の保証時間を持ち、それでも固体レーザーと競合することはできません。新しいダイオードレーザーの開発が成功したため、メンテナンスがほとんどなく、最大20,000時間の平均余命があるため、製造業者がソリッドステートレーザーをうまく交換するための最初の選択肢となります。現在のレーザー溶接システムはコンパクトでコンパクトであり、標準システムは1.5 mm未満の焦点直径で最大240 mm x 240 mmのワークピースを処理できます。さらに、さまざまなプロセス監視方法も利用できます。
ダイオードレーザー技術の巨大なアプリケーションの可能性と幅広いアプリケーションの見通しを見て、サプライヤーは研究開発を増やし続け、多くの新しい技術が登場しています。たとえば、産業用ロボットなどを使用したダイオードレーザーファイバーカップリングテクノロジーとレーザー溶接など、ダイオードレーザーファイバーカップリングテクノロジーは、レーザーソースを交換した後でもレーザービームの均一性を確保できます。
テクノロジーが進むにつれて、レーザー溶接はプロセスと機器を簡単に利用して、機器コストの面で機器と従来の方法のギャップを埋めることができます。したがって、コスト要因は、レーザー溶接技術の広範な使用を制限する主な理由ではなくなりました。
レーザー溶接アプリケーションのリーダーとして、自動車産業の驚異的な成長は、レーザー溶接技術の利点を再び証明しました。センサーハウジングを例として（図1に示すように）、レーザー溶接技術は数年間自動車分野で使用されてきました。現在、新しいモジュールの設計は、その変更に対応するために最初から設計されています。敏感な電子パッケージの場合、従来の溶接方法を使用すると、多くの場合、電子コンポーネントに大きな機械的応力と高温効果が生じますが、レーザー溶接は必要に応じて溶接エネルギーを制御および調整し、微細で正確な溶接品質を確保します。さらに、レーザー溶接の経済性は、コストを削減するために自動車産業への極端な圧力を緩和しました。自動車産業におけるレーザー溶接技術の適用の成功は、これの証です。
将来の傾向
デバイスのサイズに関しては、市場には2つの反対の傾向があります。一方で、デバイスはますます小さくなり、溶接は複雑です。一方、デバイスは大きく、3次元です。レーザー溶接装置の継続的な開発は、両方の要件を満たすことができます。
現在、医療診断製品は小型化に向けて発展し続けています。これには、最小スペースにいくつかの機能デバイスを同時に統合するための溶接技術が必要です。他の方法で毛細管のマイクロ流体構造（図2に示すように）をはんだ付けすることは非常に困難または不可能であり、現在、今日の安価なSEMスキャンレーザーシステムでさえ、そのような製品をはんだ付けできます。以前は、人々はND：YAGレーザーを選択しましたが、焦点を当てやすいものでしたが、技術は非常に高価で、技術は十分に柔軟ではありませんでした。対照的に、ファイバーレーザーまたはファイバー結合ダイオードレーザー溶接技術は、0.1mmの溶接幅を満たすだけでなく、溶接の形状とチャンバーのサイズによっても制限されません。
繊維の内径が縮小すると、SEMスキャンレーザーシステムは、高速溶接を達成しながら、より小さな溶接またはより大きな溶接領域を溶接することもできます。デバイスサイズの変化する傾向に適応するために、LPKF（Lopco Optoelectronics Co.、Ltd。）は、3次元溶接に適したSEMスキャン溶接システムを開発しました（図3を参照）。最大80 mm。レーザーは、溶接ワークの溶接領域を370 mm×370 mmに拡大でき、溶接幅は2 mm未満です。現在、この技術は、溶接エンジンコンパートメントや自動車用インテリアなどの大規模な3次元自動車部品に適用されています。
ただし、SEMスキャンシステムのアプリケーション処理には特定の制限があります。自動車テールライトなどの複雑な3次元成分は、凹面または逆ビーム角のためにレーザー照射を妨害する可能性があるため、輪郭溶接法を選択する必要があります。輪郭溶接にはワークに非常に厳しい要件があり、溶接サイクルは長く、この点でその適用が制限されます。
LPKFは、輪郭溶接の欠点の多くを補うハイブリッド溶接方法を発明し、3次元の大きな部品を溶接するときに大きな利点があります。この方法では、柔軟で柔軟なロボットを使用してレーザーをガイドしますが、フィクスチャに必要な圧力は溶接ヘッドからのものです。使用されているローラーは、ワークピースの硬化なしに多くの圧力を生成し、汚れに敏感ではありません。さらに重要なことは、この技術は、より広いスペクトルを備えた塩素ランプを備えたレーザーを使用しています。塩素ランプは、下にあるワークピースから熱を吸収しながら、上部ワークピースを直接加熱し、ワークピースの積分加熱を形成します。従来の溶接法と比較して、ワークピース溶接面の熱伝達はより均一であり、上部ワークピースの硬度が低下します。ギャップエラーがある場合は、より早く処理することができ、それにより、より高い安定した溶接品質を確保し、同時に短縮します。溶接時間。塩素ランプを追加すると、必要なレーザーのパワーが効果的に減少し、それに応じてコストが削減されます。さらに、複合溶接が適用されると、ワークピースの固有の残留応力が小さく、その後の焼き戻し治療は非常に簡素化または不必要になります。
デバイス溶接の革新に加えて、多くの新しい材料の組み合わせが出現し、レーザー溶接技術はもはや硬/硬質材料の組み合わせに限定されません。熱可塑性ファブリック、熱可塑性エラストマー、包装および医療カテーテル用のシート材料など、新しいレーザー溶接材料が出現し、レーザー溶接の用途の範囲を拡大します。これで、レーザークリーナーやコーティングも使用して、シンプルで信頼性の高いアモルファスプラスチックのきれいな溶接を実現できます。 CO2レーザーなどの他のレーザー源の出現は、その長波長光があらゆる透明なプラスチックに吸収されるため、レーザー溶接技術の新しい機会を提供します。
経済的な観点からは、ダイオードレーザーとプロセステクノロジーの革新により、効率的なレーザー溶接が保証され、レーザーコストの削減は投資コストの削減を意味します。さらに重要なことは、機器のメンテナンス間隔とサービス寿命を継続的に延長することにより、マシンの作業時間がさらに改善されることです。
結論は
レーザーハイブリッド溶接技術は比較的新しいものですが、ユニークな利点があり、いくつかの面で従来の溶接技術を置き換えることさえできます。同時に、デバイスの小型化と複雑な3次元性の開発動向は、レーザーハイブリッド溶接技術が将来のアプリケーション開発の可能性があることも示しています。
