การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบส่งผ่าน

การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบส่งผ่าน

ประเด็นสำคัญ

• ชิ้นงานหนึ่งยอมให้แสงผ่าน อีกชิ้นดูดกลืน ลำแสงผ่านชิ้นส่วนด้านบนและถ่ายเทพลังงานที่รอยต่อ
• ความร้อนเกิดเฉพาะจุดที่ต้องการ กระบวนการจึงไม่ก่อให้เกิดการสั่นสะเทือนและไม่มีอนุภาค
• เมื่อการดูดกลืนเพียงพอแล้ว การประกบชิ้นงานให้แนบสนิทเป็นตัวกำหนดคุณภาพรอยเชื่อม ช่องว่างไม่สามารถปิดได้ด้วยการเพิ่มกำลัง
• คาร์บอนแบล็กเป็นสารดูดกลืนแบบดั้งเดิม จึงเป็นเหตุที่ชุดประกอบที่เชื่อมด้วยเลเซอร์จำนวนมากมีสีเข้ม

การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบส่งผ่าน

การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบส่งผ่านเป็นกระบวนการเชื่อมประกอบที่ลำแสงอินฟราเรดใกล้ผ่านชิ้นส่วนด้านบนที่ยอมให้แสงผ่าน แล้วถูกดูดกลืนที่ผิวของชิ้นส่วนด้านล่าง ทำให้เกิดความร้อนอย่างแม่นยำที่รอยต่อ ผิวทั้งสองหลอมและผสานกันภายใต้แรงกด เป็นรูปแบบการเชื่อมด้วยเลเซอร์หลักสำหรับเทอร์โมพลาสติก และเป็นเหตุผลที่เทคนิคนี้ใช้ได้เลยกับวัสดุที่มิฉะนั้นจะเสียหายจากความร้อนที่ผิวหน้า

คุณค่าของการจัดวางนี้คือพลังงานถูกถ่ายเทเข้าภายในชุดประกอบแทนที่จะอยู่ด้านนอก ไม่มีสิ่งใดบนผิวที่มองเห็นได้รับความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ ผิวภายนอกที่คำนึงถึงความสวยงามจึงคงสภาพสมบูรณ์ และไม่มีพลังงานกลป้อนเข้าสู่ชุดประกอบเลย จึงเหมาะกับกล่องหุ้มที่มีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เซ็นเซอร์ หรือเส้นทางของไหลที่การเชื่อมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงหรือการสั่นสะเทือนจะรบกวน

แต่ละครึ่งของรอยต่อต้องทำหน้าที่อะไร

ชิ้นส่วนทั้งสองโดยปกติควรเป็นพอลิเมอร์ชนิดเดียวกัน หรือพอลิเมอร์ที่พิสูจน์แล้วว่าเข้ากันได้ วัสดุต่างชนิดที่มีอุณหภูมิหลอมเหลวและความหนืดต่างกันแทบไม่ให้รอยเชื่อมที่สมบูรณ์ ไม่ว่าจะจัดการทางแสงอย่างไร

การออกแบบรอยต่อและการประกบชิ้นงาน

เมื่อการดูดกลืนเพียงพอแล้ว คุณภาพรอยเชื่อมเป็นเรื่องเชิงกล ซึ่งเป็นจุดที่โครงการส่วนใหญ่สำเร็จหรือล้มเหลวจริง

• ต้องสัมผัสกันแนบสนิท เนื้อพลาสติกหลอมต้องข้ามรอยต่อ และช่องว่างไม่มีสิ่งใดให้เนื้อหลอมเชื่อมไปถึง การเพิ่มพลังงานข้ามช่องว่างทำให้วัสดุไหม้แทนที่จะเชื่อม
• ความคลาดเคลื่อนของช่องว่างที่ยอมได้แคบกว่าการเชื่อมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงหรือการสั่นสะเทือน การบิดงอของชิ้นงานและค่าความคลาดเคลื่อนการขึ้นรูปต้องควบคุมที่รอยต่อโดยเฉพาะ ไม่ใช่เพียงที่ขนาดรวมของชิ้นงาน
• ออกแบบรอยต่อที่กำหนดตำแหน่งได้ ขั้นบันได ร่องลิ้น หรือรอยต่อแบบเฉือนช่วยจัดตำแหน่งชิ้นส่วนและรวมเนื้อหลอมไว้ตรงจุดที่ต้องการ แทนที่จะพึ่งพาผิวเรียบที่ประกบกันอย่างสมบูรณ์แบบ
• แรงกดต้องสม่ำเสมอตลอดเส้นทางรอยเชื่อม แรงกดไม่สม่ำเสมอทำให้รอยเชื่อมแข็งแรงบางจุดและไม่มีเลยในบางจุด
• เครื่องมือหนีบอยู่ในเส้นทางลำแสง แผ่นกดที่เป็นแก้วหรืออะคริลิกต้องสะอาดและไม่มีรอยขีดข่วน เพราะสภาพของแผ่นเปลี่ยนพลังงานที่ส่งถึงโดยตรง
• ให้เส้นทางรอยเชื่อมอยู่ห่างจากจุดเข้าเนื้อพลาสติก (gate) และแนวเชื่อมที่เกิดจากการขึ้นรูปในชิ้นส่วนที่ยอมให้แสงผ่าน ซึ่งกระเจิงลำแสงเฉพาะที่และทำให้เกิดจุดอ่อนซ้ำที่ตำแหน่งเดิม

กลยุทธ์การเชื่อม

การวินิจฉัยข้อบกพร่องของรอยเชื่อม

ศัพท์ที่เกี่ยวข้องและแหล่งอ่านเพิ่มเติม

• การเชื่อมพลาสติกด้วยเลเซอร์
• สารเติมแต่งเลเซอร์แบบสองวัตถุประสงค์
• การเชื่อมพลาสติกด้วยเลเซอร์
• การเลือกคาร์บอนแบล็กสำหรับการเชื่อมแบบส่งผ่าน

การประยุกต์ใช้ในการผลิต

The Sabreen Group ให้การสนับสนุนด้านวิศวกรรมอย่างเป็นอิสระสำหรับการพัฒนาการเชื่อมแบบส่งผ่าน การจับคู่วัสดุ และการรับรองคุณภาพรอยต่อ หากกำลังกำหนดกระบวนการ รับรองวัสดุ หรือแก้ปัญหาในการผลิต ทีมบริการด้านวิศวกรรมของเรายินดีให้ความช่วยเหลือ ติดต่อเราเพื่อหารือเกี่ยวกับการใช้งาน

คำถามที่พบบ่อย

เหตุใดชิ้นงานหนึ่งต้องยอมให้แสงผ่านและอีกชิ้นต้องดูดกลืน

เพื่อให้ความร้อนเกิดที่รอยต่อแทนที่จะอยู่ด้านนอกของชุดประกอบ ลำแสงผ่านชิ้นส่วนด้านบนโดยไม่ถ่ายเทพลังงานอย่างมีนัยสำคัญ ถูกดูดกลืนที่ผิวของชิ้นส่วนด้านล่าง และความร้อนที่เกิดขึ้นทำให้ผิวทั้งสองหลอมรวมกันภายใต้แรงกด นี่คือสิ่งที่ทำให้ผิวภายนอกที่คำนึงถึงความสวยงามและชิ้นส่วนภายในคงสภาพได้ แม้กระบวนการกำลังเชื่อมอยู่ห่างออกไปเพียงไม่กี่มิลลิเมตร

ชิ้นงานใสยอมให้ลำแสงผ่านได้ดีเสมอไปหรือไม่

ไม่เสมอไป และข้อสันนิษฐานนี้ก่อให้เกิดการพัฒนาที่สูญเปล่ามาก ความใสที่มองเห็นและการส่งผ่านอินฟราเรดใกล้เป็นสมบัติที่ต่างกัน ชิ้นงานอาจใสเหมือนน้ำแต่ยังลดทอนที่ 1064 nm และพอลิเมอร์กึ่งผลึกกระเจิงลำแสงผ่านบริเวณผลึกไม่ว่าจะดูอย่างไร ควรวัดการส่งผ่านที่ความยาวคลื่นใช้งานแทนการตัดสินด้วยตา

เหตุใดรอยเชื่อมจึงอ่อนแอทั้งที่ปริมาณสารดูดกลืนถูกต้อง

มักเกิดจากการประกบชิ้นงาน ผิวต้องสัมผัสกันแนบสนิทภายใต้แรงกด เพราะเนื้อหลอมต้องข้ามรอยต่อ เมื่อมีช่องว่าง พลังงานส่วนเกินทำให้วัสดุไหม้แทนที่จะปิดช่องว่าง การเชื่อมด้วยเลเซอร์ทนช่องว่างได้น้อยกว่าการเชื่อมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงหรือการสั่นสะเทือน ความคลาดเคลื่อนของรอยต่อและการบิดงอของชิ้นงานจึงต้องควบคุมเฉพาะที่รอยเชื่อม

ชุดประกอบที่เชื่อมด้วยเลเซอร์ต้องเป็นสีดำหรือไม่

ไม่จำเป็นอีกต่อไป คาร์บอนแบล็กเป็นสารดูดกลืนแบบดั้งเดิมและยังคงถูกที่สุด จึงเป็นเหตุที่ชุดประกอบที่เชื่อมด้วยเลเซอร์จำนวนมากมีสีเข้ม แต่ปัจจุบันสารเติมแต่งแบบสองวัตถุประสงค์และสารดูดกลืนอินฟราเรดใกล้ให้การดูดกลืนโดยไม่ต้องเป็นสีดำ ทำให้เชื่อมชุดประกอบสีอ่อน สีต่าง ๆ และในบางระบบเกือบใสได้ โดยต้นทุนสารเติมแต่งสูงขึ้น

ควรเลือกกลยุทธ์การเชื่อมแบบใด

การเชื่อมตามแนวเส้น (contour welding) เหมาะกับเส้นทางที่ใหญ่หรือซับซ้อนด้วยต้นทุนแม่พิมพ์และอุปกรณ์ยึดจับพอประมาณ การสแกนกึ่งพร้อมกัน (quasi-simultaneous) หลอมรอยต่อทั้งหมดพร้อมกัน ทำให้รอยต่อยุบตัวได้และทนช่องว่างเล็กน้อยได้ดีกว่า จึงเป็นตัวเลือกปกติสำหรับการซีลสนิท การเชื่อมพร้อมกัน (simultaneous) ให้รอบเวลาสั้นที่สุดสำหรับรูปทรงตายตัวปริมาณสูง ด้วยต้นทุนอุปกรณ์ยึดจับสูงที่สุด โดยทั่วไปช่องว่างที่ยอมได้และปริมาณการผลิตเป็นตัวตัดสิน

---