Sva�ov�n� laserem: �e�en� pro pevn� spoje od spole�nosti K.D. Feddersen

Sva�ování laserem je bezdotyková metoda sva�ování v rámci jednostup�ového procesu. To znamená, �e zah�átí plastu a proces spojování probíhají sou�asn�. Jeden z �len� spojení p�itom musí mít vysoký sou�initel propustnost (propustnost média pro optické vlny), druhý z �len� spojení pak vysoký sou�initel absorpce v��i paprsku laseru. Oba �lenové spojení jsou p�ed za�átkem procesu umíst�ny do po�adované kone�né polohy a dochází k vytvo�ení spojovacího tlaku.

Paprsek laserové diody p�itom projde transparentním �lenem spojení, ani� by došlo k jeho zah�átí. Druhý �len spojení laserový paprsek ve své povrchové vrstv� zcela absorbuje a p�em�ní energii na teplo, jeho� p�sobením dojde k natavení plastu. Sdílením tepla se poté nataví v míst� spojení i transparentní díl. Dilatací um�lohmotné taveniny a p�sobením vzniklého vnit�ního spojovacího tlaku a rovn� tlaku p�ivedeného zven�í vznikne pevné spojení sou�ástí (viz grafika 1).

Grafika 1: Schématické znázorn�ní procesu laserového sva�ování Preklad pojm�: Absorbierender Kunststoff - Absorp�ní plast, Bereich des Wärmeeinsflusses - Oblast p�sobení tepla, Strahlquelle Diodenlaser - Zdroj zá�ení diodového laseru, Fügedruck - Spojovací tlak, Lasertransparenter Kunststoff - Plast transparentní v��i laseru

Výhodou tohoto „sva�ování p�eplátováním“ je, �e svar vzniká uvnit� sou�ásti, ani� by došlo k úniku jakékoli �ástice. U opticky nepr�hledných sou�ástí tak vzniká estetický a tém�� neviditelný svar. Velkou výhodou zpracování laserem je i lokální p�ivedení energie – tak je mo�né vytvá�et svary nap�íklad také v bezprost�ední blízkosti elektronických prvk�. Další u�ite�nou vlastností, kterou nelze podce�ovat, je, �e v d�sledku malého mno�ství p�ivedeného tepla dochází k menší deformaci podmín�né teplem ne� u v�tšiny jiných sva�ovacích metod.

Oproti vibra�nímu sva�ování a sva�ování ultrazvukem pak sva�ování laserem negeneruje navíc �ádné vibrace, které by se na sou�ást mohly p�enášet. To je nezbytné u citlivých elektronických spoj�.

Tato metoda má samoz�ejm� i nevýhody. K nim pat�í i fakt, �e �lenové spojení musí vykazovat rozdílné optické vlastnosti a je pot�ebný pokud mo�no t�sný dotyk sva�ovaných sou�ástí. P�edpokladem je, �e jeden z �len� spojení musí být transparentní v��i laseru. Polyamidové materiály, které se barví sazemi, jsou zásadn� �leny, které laser absorbují. P�irozen� zbarvené polyamidy jsou zpravidla v��i laseru transparentní. Aby sou�ásti vypadaly opticky skoro stejn�, pak se k barvení materiál� transparentních v��i laseru pou�ívají barviva namísto pigment�.

Spole�nost K.D. Feddersen CEE GmbH se sídlem ve Vídni je mezi jiným distribu�ním partnerem firmy AKRO-PLASTIC GmbH, výrobcem kompaund� se sídlem v n�meckém Niederzissen. Jako specialista v oblasti plastových kompaund� se zam��ením na inovace a aplikace má podnik v tomto oboru více ne� 30 let zkušeností.

V portfoliu výrobce kompaund� je k dispozici ji� velké mno�ství �ern� zbarvených kompaund� transparentních v��i laseru.

Uve�me zde nap�íklad �erný AKROMID® A3 GF 40 1 LT (5709), polyamid 6.6 zesílený 40 % sklen�ných vláken. Vedle toho jsou k dispozici další typy polyamid� se zesílením pomocí sklen�ných vláken �i bez n�j. AF-COLOR, pobo�ka spole�nosti AKRO-PLASTIC, navíc nabízí také barvicí koncentráty v r�zných barvách k vlastnímu barvení.

Vedle výb�ru správného kompaundu je d�le�ité, aby b�hem sériové výroby byla kvalita produktu doprovázena m��ením transparentnosti v��i laseru.

AKRO-PLASTIC pou�ívá k m��ení transparentnosti v��i laseru p�ístroj TMG 3 (viz obr. 1) firmy LKPF Laser & Elektronics AG. M��icí za�ízení m��í transmisi vzorku p�i vlnové délce 980 nm.

Obr. 1: M��icí p�ístroj TMG 3 (LKPF Laser & Electronics AG) k m��ení transparentnost v��i laseru

Aktuáln� dosud neexistuje �ádná norma, na jejím� základ� by se m�lo m��ení transparentnosti v��i laseru provád�t. Proto výrobce kompaund� provádí m��ení následovn�: na 5 deskách o rozm�rech 60 x 60 x 2 mm s povrchem lešt�ným do vysokého lesku se transparentnost v��i laseru m��í v�dy na 5 definovaných m��icích místech (viz grafika �. 2). Z t�chto hodnot se vypo�ítá pr�m�rná hodnota transparentnosti. P�ed m��ením se desky zabalí do bariérových PE sá�k� a ve stavu �erstv� po nást�iku po 24 hodinách m��í na m��icím p�ístroji.

Grafika 2: M��ení transparentnosti v��i laseru v 5 definovaných m��icích bodech Preklad pojm�: Anguss - Vtok

„Metoda sva�ování laserem vykazuje velké procesní okno a m�la by se podpo�it opat�eními v oblasti zajišt�ní kvality“, tak praví Cyprian Golebiewski, vedoucí odboru aplika�ní techniky u AKRO-PLASTIC. „Jestli�e výchozí produkty neodpovídají definovaným materiálovým parametr�m, m��e docházet k potí�ím. Jiné tlouš�ky materiálu, pigmenty nebo pom�ry sm�sí p�ísad mohou negativn� ovlivnit proces sva�ování“.

Golebiewski v tomto ohledu radí, aby se p�i nedostate�né pevnosti svaru blí�e sledoval proces lití vst�ikováním. „Jestli�e se sou�initel absorpce n�které sou�ásti spojení zm�ní, pak to poskytne cenné d�kazy pro nepravidelnosti v p�ípravných procesech“.

Ke zjišt�ní velikosti vlivu se zkoušely r�zné parametry. Zvýšení teploty st�ny formy z 50 °C na 130 °C sni�uje transmisi laseru z 31 % na cca 24 % (viz grafika �. 3).

Grafika 3: Vliv teploty formy na transparentnost v��i laseru Preklad pojm�: Akromid schwarz - Akromid �erný, 60 x 60 x 2 Platte - Deska 60 x 60 x 2 mm, Lasertransparenz - Transparentnost v��i laseru, Werkzeugtemperatur - Teplota formy, Lasertransparenz - Transparentnost v��i laseru

Tento negativní efekt je jednozna�n� zp�soben zvýšením krystalinity v povrchové vrstv�. Ta zvyšuje odrazivost a také rozptyl laserového paprsku. Z toho se dá vyvodit, �e rychlejší vst�ikování zvyšuje transparentnost v��i laseru, nebo� menší mno�ství sklen�ných vláken na povrchu sou�ásti podporuje odrazivost. P�i rychlosti vst�ikování 30 cm³/s je na povrchu z�eteln� více sklen�ných vláken ne� p�i pr�tokovém objemu 80 cm³/s (viz obr. 2a a 2b). Transparentnost v��i laseru vzroste z cca 22 % na 26 %.

Obr. 2 a: P�i rychlosti vst�ikování 30 cm³/s je na povrchu vid�t mnohem více sklen�ných vláken

Obr. 2 b: P�i rychlosti vst�ikování 80 cm³/s je na povrchu vid�t mnohem mén� sklen�ných vláken.

Barviva pou�ívaná pro materiály transparentní v��i laseru �iní tyto materiály termicky citliv�jšími ne� je to u materiál� barvených pomocí klasických sazových pigment�. To lze z�eteln� rozpoznat u vlivu doby setrvání na transparentnost v��i laseru (viz grafika �. 4).

Grafika 4: M��ení prvních t�í dávek p�i zm�n� doby setrvání v plastifika�ním agregátu Preklad pojm�: Akromid schwarz - Akromid �erný, 60 x 60 x 2 mm Platte - Deska 60 x 60 x 2 mm, Lasertransparenz - Transparentnost v��i laseru, Verweilzeit im Plastifizieraggregat - Doba setrvání v plastifika�ním agregátu, Lasertransparenz - Transparentnost v��i laseru

Pokud se šnek zvolí p�íliš velký a proces se p�eruší, pak by se m�ly p�i op�tovném spušt�ní první sou�ásti odstranit a nehodnotit pouze podle vn�jšího vzhledu.

Dalším aspektem, kterému by se m�la v�novat velká pozornost, je kontaminace materiálu transparentního v��i laseru. Posta�í pouze málo zrn granulátu zabarvených sazemi, aby se velké mno�ství sou�ástí stalo nepou�itelným pro laserové sva�ování (viz obr. 3 a 4).

Obr. 3 a: Kontaminovaný materiál snímaný standardní kamerou.

Obr. 3 b: Kontaminovaný materiál snímaný infra�ervenou kamerou.

Obr. 4: Desky vyrobené z kontaminovaného materiálu. Vlevo snímek po�ízený standardní kamerou, vpravo infra�ervenou kamerou.

Pou�ití regranulátu se na transparentnosti v��i laseru ze zásady neprojeví negativn�. Ovšem to nelze doporu�it, nebo� nelze vylou�it kontaminaci, jak bylo popsáno výše. Takováto zne�išt�ní jsou také nej�ast�jším d�vodem pro reklamace.

Zákazníci po�adují u sou�ástí v�tšinou 100% garanci t�snosti. Aby se dal tento po�adavek splnit, pak vedle vhodného materiálu je zapot�ebí rovn� správný proces zpracování a optimální konfigurace šneku. Tým spole�nosti K.D. Feddersen CEE GmbH Vám v tomto ohledu rád poradí.