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Wie sind neue Laser-Kunststoffbearbeitungstechnologien einzuordnen?

Um besser auf künftige Fertigungswettbewerbe reagieren zu können, haben die großen Fertigungsländer der Welt nacheinander nationale Strategien zur Modernisierung ihrer eigenen Fertigungsindustrien vorgeschlagen. Die bekanntesten sind die deutsche Industrielle Fertigung 4.0 und das amerikanische Industrial Internet. 

Sie haben aktiv neue Richtlinien für die Modernisierung der verarbeitenden Industrie eingeführt. , Förderung der technologischen Innovation in der Fertigungsindustrie und Bereitstellung von Schlüsselmitteln. Unter ihnen hat das Laserschweißen als wichtiger Bestandteil der High-End-Gerätetechnik viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen.

Trotz des harten Wettbewerbs in der Technologieforschung und -entwicklung folgt China dem Trend der Zeit, ergreift die historische Chance und verpasst die Gelegenheit, „Made in China 2025“ vorzuschlagen. Als strategisch aufstrebende Technologie steht die Laserschweißtechnologie auf der Agenda, um die Modernisierung der Fertigungsindustrie voranzutreiben. Laserschweißen „Produktion, Lernen und Forschung“ lässt sich jedoch nicht gut miteinander verbinden und es gibt gewisse Einschränkungen und Mängel. Beispielsweise kann es bei manchen Anwendungen keine Defekte wie Poren und Spritzer lösen. Das Einzelfokus-Laserschweißen kann nicht als Wärmequelle verwendet werden. Unzureichende Kontrolle der Temperaturzyklen usw.

Wie sind neue Laser-Kunststoffbearbeitungstechnologien einzuordnen?

Entsprechend den tatsächlichen Anforderungen des Schweißens hat das Laserschweißen eine Vielzahl neuer Technologien durch die Lösung praktischer Probleme vorgeschlagen. Zum Beispiel schlug Professor W. Steen vom Imperial College London die Idee des Laser-Lichtbogen-Hybridschweißens vor. Die Entwicklung der Laser-Lichtbogen-Hybridschweißtechnologie hat die Schwächen des Einzellaserschweißens teilweise wettgemacht und den Anwendungsbereich des Laserschweißens erweitert. Die Wechselwirkung zwischen Laser und Lichtbogen vereint die Vorteile beider, reduziert die Anforderung an die Schweißspaltgröße, reduziert die beim Schweißen auftretenden Risse und Poren und hilft, die Leistung des Schweißteils zu verbessern.

Bisher hat sich die Laserschweißtechnologie zu vielen Arten entwickelt, wie z. B. Wärmeleitungs-Laserschweißen, Laser-Tiefschweißen, Laser-Fülldrahtschweißen, Laser-Lichtbogen-Hybridschweißen, Laser-Remote-Scanning-Schweißen und Laserlöten. Laserschweißnahtverfolgung und Hochgeschwindigkeitskamera-Echtzeitüberwachung des Schweißnahtprozesses und andere zwischengeschaltete Prozesssteuerungen sowie die Laserschweißfehlerbearbeitung lösen gemeinsam die damit verbundenen Einschränkungen und Mängel des Laserschweißens.

Forschungsfortschritt

In den letzten Jahren haben in- und ausländische Forschungsteams kontinuierlich die am besten geeigneten Prozessparameter aus Sicht der Laserbewegung und der Kombination von Wärmequellen untersucht und untersucht und die Technologie einer Vielzahl von Laserschweißverfahren verbessert, einschließlich Laser-Tiefschweißen, Laser- Lichtbogen-Hybridschweißen usw. Bei der Erforschung des Laserschweißens geht es nicht nur um das Aussehen, sondern um die Erforschung der Prozesseigenschaften des Schweißens durch moderne Charakterisierungsmethoden wie Hochgeschwindigkeitskameras und spektroskopische Analysen, um den Entstehungsmechanismus von Schweißfehlern zu erforschen. Auf der anderen Seite sind die internen Änderungen beim Laserschweißen komplizierter. Jedes Forschungsteam versuchte, dem Laserschweißprozess externe Energie wie Magnetfelder, Mehrfachlichtbögen und elektrische Felder zuzuführen, wobei der Schwerpunkt auf der Verbesserung von Schweißfehlern, der Verbesserung seiner mechanischen Eigenschaften und des Schweißens lag. Qualität.

Lasertechnologie

Laser, der vollständige Name für stimuliertes strahlungsverstärktes Licht, ist ein weiterer großer Durchbruch nach der Kernenergie und der Halbleitertechnologie im 20. Jahrhundert. Es ist als „schnellstes Messer“, „genauestes Lineal“ und „hellste Lampe“ bekannt. Wir kennen uns mit Lasern aus. Es verwendet stimulierte Strahlung, wenn Elektronen auf niedrige Energieniveaus übergehen, um eine große Anzahl von Photonen derselben Frequenz und Phase zu erreichen, die gleichzeitig in eine bestimmte Richtung emittiert werden und in einem lokalen Bereich eine extrem hohe Energie erzeugen.

Als richtungsgebundenes Energiegerät eignen sich seine hohe Energiedichte und hohe Steuerbarkeit sehr gut für spezielle Materialbearbeitungen. Tatsächlich wird die Lasertechnologie seit langem im Bereich der Materialbearbeitung wie Laserschweißen, Laserbohren und Laserbohren eingesetzt. Im Folgenden werden einige traditionelle Laser-Kunststoffbearbeitungstechnologien und neue Laserbearbeitungstechnologien vorgestellt.

Traditionelle Laserbearbeitungstechnologie

Die traditionellen Anwendungen von Konzentratoren in der kunststoffverarbeitenden Industrie sind hauptsächlich Laser schneiden, Laserbohren und andere subtraktive Fertigungstechnologien, Laserschweißen und Lasermarkierungstechnologie.

Laser schneiden

Beim Laserschneiden wird der Laserstrahl mit hoher Energiedichte des Lasers verwendet, um das Material schnell und genau zu schneiden. Das Prinzip ist, dass der hochenergetische Laserstrahl das Material im Laserbestrahlungsbereich schnell schmilzt, verdampft oder zersetzt, um einen Schlitz zu bilden und das Material in zwei Teile zu teilen. Grundsätzlich kann das Laserschneiden für jedes Polymermaterial verwendet werden, aber nach dem Schneiden unterschiedlicher Materialien sind die Verformung, das Aufschmelzen des Einschnitts und die Schnittgenauigkeit unterschiedlich. Für bestimmte Materialien müssen unterschiedliche Schneidparameter eingestellt werden oder Seitenschnittprodukte sind schwierig zu verwenden. Das Laserschneiden hat die Vorteile einer berührungslosen, hohen Präzision, kontrollierbaren, bequemen und schnellen Verarbeitung, aber die Produktionseffizienz ist nicht hoch und eignet sich für die Herstellung von Platten mit komplexen Formen.

Laserbohren

Das Laserbohren kann als Variante des Laserschneidens bei Bohranwendungen angesehen werden. Der hochdichte Laserstrahl bestrahlt das Material, so dass das Material sofort verdampft und verdampft, um eine Kavität zu bilden. Es hat eine schnelle Bohrgeschwindigkeit, eine hohe Effizienz, berührungslos werkzeuglos Es wird in der Leiterplattenindustrie aufgrund der Vorteile des Abriebs, des hohen Tiefe-zu-Durchmesser-Verhältnisses usw. zum Bohren von hochpräzisen kleinen Löchern häufig verwendet.

Laserschweißen

Laserschweißen ist eine Technologie, bei der ein hochenergetischer Laserstrahl als Wärmequelle zum Schweißen von Materialien verwendet wird, wobei die Materialverbindungen erhitzt werden, sodass sich die molekularen Segmente des Materials bewegen und zusammen diffundieren. Es kann nicht nur für das gleiche Material, sondern auch für verschiedene Kunststoffe verwendet werden. Zwischen Verarbeitung und Umformung. Der Vorteil ist das berührungslose Schweißen, das für Präzisionsteile verwendet werden kann, eine gute Haftfestigkeit und Luftdichtheit aufweist und keinen Staub und keine Ablagerungen erzeugt. Es kann Artikel mit komplexen Formen und verschiedenen Kombinationen von Kunststoffkomponenten herstellen.

Laserbeschriftung

Die Lasermarkierungstechnologie ist weit verbreitet. Die Logos auf vielen Produkten, die wir sehen, sind laserbeschriftete Produkte. Durch die hohe Steuerbarkeit der Laserbearbeitung werden nur sehr wenige Stoffe durch Erhitzen und Verdampfen an der Materialoberfläche entfernt, wodurch eine raue Oberfläche oder andere Effekte entstehen. .

Neue Laser-Kunststoffbearbeitungstechnologie

Die neue Laser-Kunststoffverarbeitungstechnologie ist eine in den letzten Jahren neu entwickelte Verarbeitungstechnologie, einschließlich Laser-Kunststoffspritzgießen, selektives Lasersintern-Formen, Lichthärten, Laserschmelz-Elektrospinnverfahren und so weiter.

Laser-Kunststoffumformung

Die Laserplastikumformung ist eine neu entwickelte Technologie, die hauptsächlich auf die Blech schon lange, aber auch für die Kunststoffverarbeitung erhältlich. Die Laserplastikumformung benötigt keine Formen, sondern kann komplexe Freiformflächen bearbeiten. Der Mechanismus ist die vertikale Bestrahlung von hochfokussierten Laserstrahlen. Auf der zu verformenden Platte (da der Kunststoff nicht in der Lage ist, Laser zu absorbieren, muss diese Stufe oft mit schwarzem Polypropylenlack beschichtet werden), damit die Temperatur der bestrahlten Oberfläche stark ansteigt (den Schmelzpunkt nicht überschreiten) und die Temperatur der Unterseite tritt nicht in kurzer Zeit auf Änderung, aufgrund der höheren Wärmeausdehnung des Kunststoffs und des hohen Temperaturgradienten der Ober- und Unterseite, führt die thermische Belastung dazu, dass sich der Kunststoff stark verbiegt. Nach Beendigung der Bestrahlung beginnt die bestrahlte Oberfläche abzukühlen und Wärme an die Umgebung abzugeben. Zu diesem Zeitpunkt steigt die Temperatur der unteren Oberfläche allmählich an. Die Oberseite beginnt abzukühlen und zu schrumpfen, und der Kunststoff biegt sich in die entgegengesetzte Richtung. Nach dem vollständigen Abkühlen kann die bestrahlte Oberfläche aufgrund der Wärmestauung und -stauung nicht vollständig wiederhergestellt werden und das Material biegt sich nach innen.

Die Wiederholung dieses Vorgangs, bei dem die Oberfläche des Materials gebogen werden muss, kann komplexe gekrümmte Oberflächen erzeugen. Zu den Umformfaktoren gehören hauptsächlich Lasereinfallsleistung, Scangeschwindigkeit, Energieverteilung, Materialabsorptionsleistung, Materialausdehnungskoeffizient, Wärmeleitfähigkeit, thermische Verschmelzung usw. Der gesamte Verarbeitungsprozess liegt unterhalb der Schmelztemperatur, was sich nur geringfügig auf die mechanischen Eigenschaften auswirkt.

Selektives Lasersintern

Selektives Lasersintern (SLS) ist ein Laser-3D-Verfahren, das eine schichtweise Akkumulationsmethode anwendet. Im Vergleich zur traditionellen Fertigungstechnologie hat es eine starke Anpassungsfähigkeit, hohe Formgenauigkeit, formloses Formen und wird nicht von komplexen Strukturen beeinflusst. Vorteil. Unter ihnen sind polymerbasierte Materialien die frühesten Anwendungen und werden derzeit häufiger verwendet und sind leichter zu formende Materialien wie Polycarbonat (PC), PS, PA, PP, hochdichtes Polyethylen (HDPE), Polyetheretherketon (PEEK) Warte ab. Derzeit liegt der Forschungsschwerpunkt auf der Auswahl und Aufbereitung von Materialien, insbesondere Polymerverbundwerkstoffen. Theoretisch können alle Polymermaterialien im Bereich SLS eingesetzt werden. Für die SLS-Technologie geeignete Polymerpulvermaterialien müssen jedoch bestimmte physikalische Standards (Sphärizität, Partikelgrößenverteilung, Pulverfluidität usw.) und Verarbeitungsanforderungen (kristallin, amorph, Sintertemperaturbereich usw.) erfüllen.

Lichthärtendes Formen

Lichthärtendes Formen ist auch eine Art Rapid Prototyping, bei dem hauptsächlich lichtempfindliches Harz und andere Materialien verwendet werden, wobei das Material Schicht für Schicht mit Laser verfestigt wird. Das Grundprinzip ist: Der Laser emittiert einen ultravioletten Laser einer bestimmten Wellenlänge und Intensität, um das lichtempfindliche Harz im Harztank zu beleuchten, und die dünne Harzschicht im bestrahlten Bereich durchläuft eine Photopolymerisationsreaktion und verfestigt sich zu einer dünnen Schicht des Teil, der Schicht für Schicht angehäuft wird. . Die Vorteile des lichthärtenden Formens sind ein hoher Automatisierungsgrad, hohe Formgenauigkeit, gute Oberflächenqualität der Produkte und keine Beeinträchtigung durch die Komplexität der Struktur. Aufgrund der großen Materialbeschränkung gibt es jedoch derzeit nur wenige Materialien, die teuer und nicht hochfest sind.

Laserschmelzelektrospinnen

Der Laser wird hauptsächlich als Wärmequelle bei der Herstellung von Schmelznanofasern verwendet. Zuerst wird das Rohmaterial zu einer dünnen Platte einer bestimmten Dicke verarbeitet und dann mit einer bestimmten Zuführgeschwindigkeit in die Schlitzrille eingeführt. Am Austrittsende des Schlitzes wird das Rohmaterial vom Linearlaser zum Schmelzen bestrahlt und unter Einwirkung statischer Elektrizität gestreckt und verdünnt. Im Vergleich zu herkömmlicher elektrischer Heizung, Wärmeflüssigkeitsheizung, Heißluftheizung usw . Schwieriges Problem.

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