来源：中科红塔资本
激光焊接技术已经是一项得到广泛应用的技术，主要应用在金属加工领域。随着塑料产业的发展以及它作为钢铁、镁、铝等金属的替代品被广泛的应用于汽车、船舶、包装、电子等行业，塑料激光焊接技术得到相应的研究和应用，并因其独特优势受到推广和青睐。
尽管塑料激光焊接技术几十年前就有了，然而早期由于激光技术、吸收剂、焊接方式，尤其是激光加工系统成本高等原因，未受到广泛关注和应用。
它在应用方面的研究可追溯到1970年使用远红外CO?激光。
二氧化碳(CO2)激光器能产生10600nm的光波，这同Nd3+:YAG和二极管激光器产生激光相比，更容易被塑料吸收。但是二氧化碳激光的穿透性能没有其它两种激光器产生的激光。因此二氧化碳激光器主要用于薄膜材料焊接，工程塑料的搭接焊因此受限。
激光透射焊接技术主要使用的其他两类激光设备：一个是掺钕钇铝石榴石合成晶体(Nd3+:YAG)，另一个是半导体二极管。
Nd3+:YAG激光的波长为1064纳米(nm)，容易被含有特殊填料或颜料的塑料吸收。可以通过光导纤维将激光很方便的传送到激光头，尤其是在使用自动化装置的焊接技术。
二极管激光器产生的波长范围在800-1000nm之间，这对焊接来说是效率最高的能量区域。它结构紧凑，可以很方便的安装在自动化设备上。二极管激光的吸收特征和Nd3+:YAG的吸收特征类似。
1985年有采用近红外ND:YAG激光光源，利用塑料的透过性和吸收性，首次报道了搭接接头结合面处的焊接方法。随着技术的进步，相关材料的研究和成本降低，塑料激光焊接技术再获关注，将在相关行业发光发热，带来巨大的社会和经济效益。
塑料激光焊接原理
当被粘接的塑料零部件是非常精密的材料(如电子元件)或要求无菌环境(如医疗器械和食品包装)时，激光焊接技术就能派上很大用场。激光焊接技术速度快，特别适用于汽车塑料零部件的流水线加工。另外那些很难使用其它焊接方法粘接的复杂的几何体，可以考虑使用激光焊接技术。
塑料激光焊接要求焊接材料一方具有激光透过性，另一方则具有吸收性，称为透过式塑料激光焊接。对于吸收性不足的材料，通常采用添加吸收剂（碳黑）的方式。只是碳黑也能吸收可见光，容易造成焊缝颜色变深，与母材颜色不同。英国焊接学会(TWI，The Welding Institute)已研制出对可见光透明的染料，可解决此问题。
几乎所有的热塑性塑料和热塑性弹性体都可以使用激光焊接技术。常用的焊接材料有 PP、PS、PC、ABS、聚酰胺、PMMA、聚甲醛、PET以及PBT等。而其它的一些工程塑料如聚苯硫醚PPS和液晶聚合物等，由于其具有较低的激光透过率而不太适合使用激光焊接技术。因此上面解释常常在底层材料上加入炭黑，以便使其能吸收足够能量，从而满足激光透射焊接的要求。
可用于激光焊接的聚合物
未填充的或者玻纤增强的聚合材料都可以用于激光焊接。但是过高的玻纤含量会散射发出得IR激光，降低光束通过聚合物的穿透力。有色塑料也可以用于激光焊接，但是随着颜料或染料含量的增加，激光束的通过塑料的穿透能力会有所下降。
激光穿过透过性塑料到达吸收性塑料表面，吸收性塑料在加热下软化、熔融。同时由于热传导透过性塑料侧也软化、熔融。熔核尺寸达到要求后，撤掉激光热源，在压力作用下实现焊接。
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目前已有多种塑料焊接方法，如：超声波焊接、摩擦焊接、振动焊接、热板焊接，各种焊接方法适合不同尺寸、形状的焊接部件，优劣比较见下图。
图片来源：激光焊接塑料的原理及特性
在汽车工业，激光焊接塑料技术可用于制造很多汽车零部件，如燃油喷嘴、变档机架、发动机传感器、驾驶室机架、液压油箱、过滤架、前灯和尾灯等。其它汽车方面的应用还包括进气管光歧管的制造以及辅助水泵的制造。
激光焊接技术加工的汽车前灯，使用了可以聚焦激光同时还起到夹持工具作用的玻璃球面。如下图所示。
由此可见，相较于常规塑料焊接方式，塑料激光焊接能从二维到三维，打破形状结构的制约，具有高效、高质、自动化优势，适合更多领域的焊接需求。
塑料激光焊接方式
一种激光扫描焊接方式。可固定工件，令激光光束沿待焊接区域轮廓运动；也可固定激光光束，令待焊接工件沿预定轨迹运动。适用于复杂的二维焊缝，自由度高，灵活性好。
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利用光学整形元件调整激光束形状，将一束或多束激光同时投射到待焊接区域，塑料软化、熔融，完成焊接。
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综合前两种焊接方式，焊接强度和质量与激光扫描速度、圈数，激光强度相关。
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即在激光光源与待焊接区域之间加一层膜，利用掩膜的遮蔽，使激光束仅作用于希望被焊接的区域。同时，掩膜可根据具体情况来进行设计，因此适用于不同平面几何形状，实现精细焊接。
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主要用于圆柱状被焊物表面圆周线状的焊接，具体可采用轮廓焊接或准同步焊接方式。
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又称球形焊接，Leister公司推出世界上首个3D塑料制件球形焊接系统。不需附加加紧装置，夹紧压力和能量作用可以同步优化，可与多维机械手配套使用，适用于二维三维任意形状焊缝的焊接。
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瑞士、德国开始塑料激光技术设备研究早，leister、rofin公司网页有专门针对塑料激光技术的介绍及设备展示，德国LIMO半导体激光器塑料焊接系统，美国相干也是制造塑料焊接用激光器的少数企业之一。
塑料激光焊接应用优势及前景
环保要求及轻量化趋势使得塑料越来越多的替代工业制品中的金属部分，而塑料激光焊接相对其他焊接技术，具有更多优势：
总体来说，塑料激光焊接能够弥补常规塑料焊接方法的不足，而我国是一个巨大的塑料制品市场。2011-2015 年，我国塑料制品产量从 5474.31 万吨快速增长至 7560.70 万吨，年复合增长率为 8.41%。2016年，中国塑料制品产量为7717.2万吨，同比增长2.7%。
在汽车制造行业中，汽车塑料的用量是衡量一个国家汽车生产技术水平的标志之一，自20世纪70年代开始，汽车塑料的应用经历了从内饰件向外部饰件不断扩展的发展历程，用量从约50kg/辆迅速上升至目前约150kg/辆，并且仍在持续增长中。
都说见微知著，更何况这已不只是“微”的程度了，塑料激光焊接将是未来的发展趋势，市场前景广阔。目前国内已有企业关注到这一市场，并研发用于塑料焊接的激光设备。例如大族激光推出W421透明塑料激光焊接系统，华焯科技自主研发了激光塑料焊接技术设备。对于激光企业来说，现在正是开疆拓土的时刻，谁掌握先机，就能率先占有市场。
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