Laserji z ultra kratkimi impulzi v kombinaciji s sofisticirano tehnologijo samofokusiranja zagotavljajo kakovost in zanesljivost postopka, ki sta potrebna za uporabo laserskega varjenja stekla v serijski proizvodnji. Zaradi edinstvenih in odličnih lastnosti stekla se široko uporablja v različnih visokotehnoloških izdelkih na različnih področjih, kot sta biomedicina in mikroelektronika. Prej smo opisali izzive, ki jih predstavlja proizvajalcem, zlasti na področju natančnega rezanja stekla v velikih količinah. Prav tako predstavlja težave pri lepljenju, vključno z varjenjem posameznih steklenih komponent skupaj in varjenjem stekla na druge materiale, kot so kovine in polprevodniki.
Integracija
Vse tradicionalne metode za varjenje stekla težko zagotavljajo natančnost, kakovost lepljenja in hitrost proizvodnje, potrebne za stroškovno učinkovito množično proizvodnjo. Na primer, lepljenje z lepilom je ekonomična metoda, vendar pušča lepilni material na delu in zahteva celo odplinjevanje.
Dielektrično varjenje vključuje namestitev praškastega materiala na kontaktno točko in njegovo nato taljenje, da se zaključi vezava. Ne glede na to, ali je to taljenje doseženo s pečico ali laserjem, se v del črpa veliko toplote. To je problem za mikroelektroniko in številne medicinske naprave.
Ionsko lepljenje je domiselna metoda, ki zagotavlja izjemno visoko trdnost lepljenja. Dve novi, izredno ravni površini stekla sta stisnjeni skupaj in resnično spojeni z molekularnimi vezmi. Vendar pa to ni realno narediti v produkcijskem okolju.
Lasersko varjenje stekla
Kaj pa lasersko varjenje? Steklo ima številne zelo uporabne lastnosti, kot so izjemno visoko tališče, prosojnost, krhkost in mehanska togost, povzroča pa tudi številne težave pri laserskem varjenju. Zato tipični industrijski laserji in metode, ki se uporabljajo za varjenje kovin in drugih materialov, niso primerni za steklo.
Tako kot pri natančnem rezanju stekla je skrivnost v uporabi infrardečih laserjev z ultra kratkimi valovnimi pulzi (USP). Steklo je prozorno v infrardeči svetlobi, zato lahko usmerjeni laserski žarek prehaja neposredno skozenj, dokler se fokusirani žarek ne zoži in postane tako fokusiran, da sproži "nelinearno absorpcijo". Ta "nelinearna absorpcija" se pojavi le pri ultrakratkih impulznih laserjih z najvišjo močjo in drugih vrst laserjev ni mogoče uporabiti za dosego iste stvari.
Tako na zelo majhnem območju okoli žarišča laserskega žarka (običajno manj kot nekaj deset mikronov v premeru) steklo absorbira lasersko svetlobo in se hitro stopi. Ta fokusirani žarek se skenira vzdolž želene varilne poti za dokončanje lepljenja, tako kot pri drugih oblikah laserskega varjenja.
Metoda laserskega varjenja stekla USP ima tri glavne prednosti
Prvič, ustvari močno vez, ker se oba varjena materiala delno stopita in nato skupaj strdita, da tvorita zvar. Poleg tega je postopek primeren tudi za lepljenje stekla na steklo, stekla na kovino in stekla na polprevodnike.
Drugič, v tem procesu vstopi v del zelo malo toplote in ta toplota se ustvari na območju, širokem največ nekaj sto mikronov. To omogoča namestitev zvarov zelo blizu elektronskih vezij ali drugih toplotno občutljivih komponent, kar oblikovalcem in proizvajalcem daje večjo svobodo in omogoča boljšo miniaturizacijo izdelkov.
Nazadnje, če je lasersko varjenje stekla USP izvedeno pravilno, okoli zvara ne bo nobenih mikrorazpok. Mikrorazpoke zmanjšajo mehansko trdnost stekla. Poleg tega so mikrorazpoke po spremembah temperaturnega cikla (ki so neizogibne za vse) lahko vir dokončne okvare naprave.
Prednost USP laserskega varjenja stekla je, da se steklo segreje le v majhni prostornini. Predstavlja pa tudi praktične izzive. To pomeni, da tudi če se del premakne, mora biti položaj žarišča laserja zelo natančen na vmesniku med obema varjenima komponentama. Ker deli resničnega sveta niso popolnoma ravni, je to težko doseči. Poleg tega postavitev delov v varilni sistem morda ne ustreza popolnoma.
Ena od rešitev je uporaba aksialno podaljšanega žarišča. To "raztegne" velikost fokusa laserskega žarka za obravnavanje občutljivosti položaja. Vendar pa je pomanjkljivost te metode ta, da podolgovato žarišče žarka ustvari staljeno bazo v steklu z nekrožnim presekom. Ko se steklo strdi v talilni coni, obstaja večja verjetnost, da bo neokrogla staljena skupina tvorila mikrorazpoke.
Druga metoda lahko doseže varilni učinek brez mikrorazpok in se lahko prilagodi znatni spremembi medmesne razdalje v procesu. Skrivnost je v tem, da se v kombinaciji s tehnologijo visokega dinamičnega ostrenja uporablja optika z visoko numerično zaslonko (NA) za ustvarjanje majhnih žarišč.
Na ta način laserski sistem doseže visoko sferičnost bazena staline in se tako izogne mikrorazpokam. Zaznava tudi razdaljo vmesnika in nenehno prilagaja optiko, da vedno ostane v popolnem fokusu. Rezultat tega je, da je visokokakovostno varjenje zagotovljeno na skoraj vseh oblikah delov, na postopek pa ne vplivajo tolerance in lokacija delov.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. je visokotehnološko podjetje, specializirano za raziskave in razvoj, proizvodnjo in prodajo avtomatskega laserskega stroja za oblaganje, visokohitrostnega laserskega stroja za oblaganje, laserskega kalilnega stroja, laserskega varilnega stroja in opreme za lasersko 3D tiskanje. Naši izdelki so stroškovno učinkoviti in se prodajajo doma in v tujini. Če vas zanimajo naši izdelki, nas kontaktirajte na bob@gshenglaser.com.