Ultrašortni pulsni laseri u kombinaciji sa vrhunskom tehnologijom samokoncentrisanja pružaju kvalitetu i pouzdanost procesa potrebne za omogućavanje aplikacija laserskog zavarivanja stakla za proizvodnju volumena. Jedinstvena i odlična svojstva stakla čine ga široko korištenim u raznim visokotehnološkim proizvodima u različitim poljima kao što su biomedicina i mikroelektronika. Ali to predstavlja izazove za proizvođače, posebno u oblasti visoko zapremina, preciznog rezanja stakla. Također predstavlja poteškoće u vezivanju, uključujući zavarivanje pojedinačnih staklenih komponenti zajedno i zavarivanje stakla drugim materijalima kao što su metali i poluvodici.
Stapajući se kao jedan
Sve konvencionalne metode koje se koriste za zavarivanje stakla bore se da osiguraju preciznost, povezivanje kvaliteta i brzinu proizvodnje potrebne za ekonomičnu i efikasnu proizvodnju serija. Prilijesna veza, na primjer, je ekonomična metoda, ali ostavlja adhezivni materijal na dijelu i čak zahtijeva odmagljivanje.
Dielektrično zavarivanje uključuje postavljanje materijala u prahu na tačku kontakta i topljenje kako bi se dovršila veza. Bilo da se ovo topljenje postiže pećnicom ili laserom, u dio se pumpa puno topline. Ovo je problem za mikroelektronske uređaje i mnoge medicinske uređaje.
Ionski povezivanje je genijalna metoda koja pruža izuzetno visoke snage veza. Dvije nove i izuzetno ravne staklene površine su pritisnute zajedno i doslovno se spojile molekularnim vezivama. Međutim, nije praktično izvoditi ovu operaciju u proizvodnom okruženju.
Lasersko zavarivanje stakla
A lasersko zavarivanje? Staklo ima mnoga vrlo korisna svojstva, kao što su vrlo visoka tačka topljenja, transparentnost, krhkost i mehanička krutost, ali istovremeno predstavlja mnoge poteškoće za lasersko zavarivanje. Stoga tipični industrijski laseri i metode koje se koriste za zavarivanje metala i drugih materijala nisu primjenjivi na staklo.
Baš kao precizno rezanje stakla, tajna leži u upotrebi infracrvenih talasnih dužina ultra kratkih pulsnih (USP) lasera. Staklo je prozirno u infracrvenom, tako da fokusirani laserski snop može proći pravo kroz njega dok se fokusirani snop ne suzi i ne postane toliko koncentriran da pokreće "nelinearno apsorpciju". Ova "nelinearnu apsorpciju" može se pojaviti samo sa ultra-kratkim pulsnim laserima sa visokom vršnom snagom, a isto se ne može uraditi i sa drugim vrstama lasera.
Dakle, u vrlo malom području (obično manje od nekoliko desetaka mikrona u promjeru) oko fokusa laserskog snopa, staklo apsorbira laser i brzo se topi. Ovaj fokusirani zrak se skenira duž željene staze za zavarivanje kako bi se dovršilo zbližavanje, baš kao i svaki drugi oblik laserskog zavarivanja.
Usp laserska metoda zavarivanje stakla nudi tri glavne prednosti.
Prvo, stvara jaku vezu jer su oba materijala zavarena djelomično rastopljena i onda zajedno učvršćena kako bi se formirao zavari. Nadalje, proces je jednako pogodan za vezivanje stakla sa staklom, staklo na metal i staklo poluvodiču.
Drugo, u ovom procesu, samo vrlo mala količina toplote ulazi u dio, koji se generiše u području na najviše nekoliko stotina mikrona široke. To omogućava plasman lemnih zglobova vrlo blizu elektronskih sklopova ili drugih termički osjetljivih komponenti, što pruža veću slobodu dizajnerima i proizvođačima i podržava bolje dizajne minijaturiranja proizvoda.
Konačno, ako usp lasersko zavarivanje stakla bude pravilno izvedeno, neće se stvarati mikro-pukotine oko zavariva. A Microcracks smanjuje mehaničku snagu stakla. Osim toga, nakon temperaturnog biciklizama (što je neizbježno za sve), mikro-pukotine mogu biti izvor eventualnog kvara opreme.
Stavljanje USP laserskog stakla zavarivanje na posao
Prednosti USP laserskog stakla zavarivanje poteče od činjenice da se staklo zagruja samo u malom volumenu. Međutim, to predstavlja i izazov u praksi. To znači da položaj laserskog fokusa mora ostati vrlo precizno na interfejsu između dvije zavarene komponente, čak i ako se dio kreće. To je teško postići jer komponente u stvarnom svijetu nisu potpuno ravne. Osim toga, položaj u koji se dijelovi postavljaju u sistem zavarivanja možda se ne uklapa savršeno.
Jedno rješenje je korištenje aksialno izdužene fokalne tačke. Ovo "rasteže" veličinu fokalne tačke laserskog snopa kako bi se riješio problem osjetljivosti položaja. Mana ove metode je, međutim, u tome što izduženi snop fokus stvara bazen za topljenje u staklu s nekružnim presjekom. Kada se staklo učvrsti u zoni topljenja, prije će se formirati nekruћni bazen.
Usvojena je još jedna metoda da se postignu rezultati zavarivanja bez mikrokraka i da se istovremeno prilagode značajne promjene u sučeljanim udaljenostima u procesu. Tajna leži u kombinaciji visoko dinamičke tehnologije fokusiranja, koristeći visoku numeričku optiku otvora (NA) za proizvodnju male fokalne tačke.
Kao rezultat toga, laserski sistem postiže visoku sferičnost bazena topljenja i tako izbjegava mikrokrakiranje. Također osjeća udaljenost interfejsa i stalno podešava optiku tako da se savršen fokus uvijek održava.
Rezultat je visokokvalitetan zavarivač na gotovo svakom obliku dijela, a proces je nezavisan od tolerancije i položaja dijela.
