Laserele cu impuls ultrascurt combinate cu tehnologia sofisticată de autofocalizare oferă calitatea și fiabilitatea procesului necesare pentru a permite sudarea sticlei cu laser să fie utilizată în producția de serie. Caracteristicile unice și excelente ale sticlei o fac utilizată pe scară largă în diverse produse de înaltă tehnologie din diferite domenii, cum ar fi biomedicina și microelectronica. Am descris anterior provocările pe care le prezintă producătorilor, în special în domeniul tăierii de precizie a sticlei de mare volum. De asemenea, prezintă dificultăți în legătură, inclusiv sudarea componentelor individuale de sticlă împreună și sudarea sticlei cu alte materiale, cum ar fi metale și semiconductori.
Integrare
Toate metodele tradiționale de sudare a sticlei se luptă să ofere precizia, calitatea lipirii și viteza de producție necesare pentru o producție de masă rentabilă. De exemplu, lipirea cu adeziv este o metodă economică, dar lasă material adeziv pe piesă și chiar necesită degazare.
Sudarea dielectrică presupune plasarea unui material pulbere într-un punct de contact și apoi topirea acestuia pentru a finaliza lipirea. Indiferent dacă această topire este realizată printr-un cuptor sau cu un laser, o mulțime de căldură este pompată în piesă. Aceasta este o problemă pentru microelectronică și multe dispozitive medicale.
Legarea ionică este o metodă ingenioasă care oferă o rezistență de lipire extrem de mare. Două suprafețe noi, extrem de plate de sticlă sunt presate împreună și cu adevărat fuzionate împreună prin legături moleculare. Cu toate acestea, nu este realist să faceți acest lucru într-un mediu de producție.
Sudarea cu laser a sticlei
Deci, cum rămâne cu sudarea cu laser? Sticla are multe proprietăți foarte utile, cum ar fi punctul de topire extrem de ridicat, transparența, fragilitatea și rigiditatea mecanică, dar induce și multe dificultăți pentru sudarea cu laser. Prin urmare, laserele industriale tipice și metodele utilizate pentru sudarea metalelor și a altor materiale nu sunt potrivite pentru sticlă.
La fel ca tăierea de precizie a sticlei, secretul constă în utilizarea laserelor cu impulsuri cu lungime de undă ultrascurtă (USP) în infraroșu. Sticla este transparentă în infraroșu, astfel încât un fascicul laser focalizat poate trece direct prin ea până când fasciculul focalizat se îngustează și devine atât de concentrat încât declanșează „absorbția neliniară”. Această „absorbție neliniară” apare doar în laserele cu impulsuri ultrascurte cu putere de vârf, iar alte tipuri de lasere nu pot fi folosite pentru a realiza același lucru.
Așadar, într-o zonă foarte mică din jurul focalizării razei laser (de obicei, mai puțin de câteva zeci de microni în diametru), sticla absoarbe lumina laser și se topește rapid. Acest fascicul focalizat este scanat de-a lungul traseului de sudare dorit pentru a finaliza lipirea, la fel ca alte forme de sudare cu laser.
Metoda de sudare a sticlei cu laser USP are trei avantaje principale
În primul rând, creează o legătură puternică, deoarece ambele materiale care sunt sudate se topesc parțial și apoi se solidifică împreună pentru a forma o sudură. Mai mult, procesul este, de asemenea, potrivit pentru lipirea sticlei la sticlă, a sticlei la metal și a sticlei la semiconductori.
În al doilea rând, în acest proces, foarte puțină căldură intră în piesă, iar această căldură este generată într-o zonă de cel mult câteva sute de microni lățime. Acest lucru permite plasarea sudurilor foarte aproape de circuitele electronice sau de alte componente sensibile la căldură, ceea ce oferă designerilor și producătorilor o mai mare libertate și permite o mai bună miniaturizare a produsului.
În cele din urmă, dacă sudarea sticlei cu laser USP este implementată corect, nu vor exista micro-fisuri în jurul sudurii. Microfisurile reduc rezistența mecanică a sticlei. În plus, după schimbările ciclului de temperatură (care sunt inevitabile pentru orice), microfisurile pot fi sursa defecțiunii finale a dispozitivului.
Avantajul sudării sticlei cu laser USP este că sticla este încălzită doar într-un volum mic. Dar ridică și provocări practice. Aceasta înseamnă că, chiar dacă piesa se mișcă, poziția de focalizare laser trebuie păstrată foarte precis la interfața dintre cele două componente sudate. Deoarece părțile lumii reale nu sunt perfect plate, acest lucru este dificil de realizat. În plus, este posibil ca amplasarea pieselor în sistemul de sudură să nu se potrivească perfect.
O soluție este utilizarea unui focar alungit axial. Acest lucru „întinde” dimensiunea focalizării fasciculului laser pentru a aborda sensibilitatea poziției. Cu toate acestea, dezavantajul acestei metode este că focalizarea fasciculului alungit creează un bazin topit în sticlă cu o secțiune transversală necirculară. Când sticla se solidifică în zona de topire, bazinul de topire necircular are mai multe șanse să formeze micro-fisuri.
Cealaltă metodă poate realiza efectul de sudare fără micro-fisuri și se poate adapta la schimbarea semnificativă a distanței interfeței în proces. Secretul este că, combinată cu tehnologia de focalizare dinamică înaltă, optica cu deschidere numerică mare (NA) este folosită pentru a produce puncte focale mici.
În acest fel, sistemul laser realizează o sfericitate ridicată a bazinului topit, evitând astfel micro-fisurile. De asemenea, detectează distanța interfeței și ajustează în mod constant optica pentru a rămâne mereu în focalizare perfectă. Rezultatul este că sudarea de înaltă calitate este garantată pe aproape orice formă de piesă, iar procesul nu este afectat de toleranțele și locația piesei.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. este o întreprindere de înaltă tehnologie specializată în cercetare și dezvoltare, producție și vânzare de mașini automate de placare cu laser, mașini de placare cu laser de mare viteză, mașini de stingere cu laser, mașini de sudură cu laser și echipamente de imprimare 3D cu laser. Produsele noastre sunt rentabile și vândute în țară și în străinătate. Dacă sunteți interesat de produsele noastre, vă rugăm să ne contactați la bob@gshenglaser.com.