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激光技术实现金属与塑料之间更好的结合

时间: 2011-07-15 09:02 来源: 作者: 点击:

工业结合所使用的材料中,对塑料的需求仍在不断增加;而金属在机械和电学方面的优越性能也确保了其在混合应用中的地位。但是金属和塑料之间的结合是最困难的物理结合之一,任何一个带过无框眼镜的人都知道这种结合有多么脆弱。德国弗劳恩霍夫激光技术研究院(ILT)最新的研究结果展示了一种能将金属与塑料更好地结合在一起的好方法:利用激光实现。

目前,将金属与塑料结合的最主要的方法是注模成型技术,在注模过程中通过一个专门的夹具固定组件。但是为了满足定位和高精密组件的要求,这种方法需要采用紧密公差;此外根据应用情况,这种方法也并不是总能得到高强度的结合。对于较大的面积,可以使用简单的胶合,或者对塑料部件加工螺纹进行螺纹连接。但是这些结合方法的可靠性和牢固性都较差。

为了克服这些缺点,研究人员研究出了LIFTEC技术(激光诱导结合技术)来改进金属与塑料之间的结合情况。激光方法与传统方法类似。传统方法通过感应或超声加热金属部件,从而熔化金属部件周围的塑料,冷却后塑料和金属之间就形成了合缝连接。LIFTEC技术简单有效,它使用激光加热金属部件。在最简单的应用中,LIFTEC技术利用了所有未着色的热塑塑料都是透明或者半透明的性质。激光经过塑料部件后聚焦在待结合的金属部件上,引起局部熔化。在结合之前将金属部件处理为带凹槽或孔洞的形状,可以进一步增强最终的结合效果。

其他材料

LIFTEC技术的优点也许在于它的灵活性,它甚至可以应用于像特氟隆这样的耐热材料(如图)。这类不透明塑料和金属的结合方法,与激光经过塑料部件后聚焦在待结合的金属部件稍有不同:激光在侧面加热金属,并且金属正好位于塑料部件的表面上,然后金属部件逐渐进入塑料中。最重要的是,LIFTEC技术不仅仅局限于金属部件,还可以用于结合陶瓷和塑料。




图:德国弗劳恩霍夫激光技术研究院研究的激光诱导结合技术(LIFTEC),
该技术实现了不同材料之间的有效结合,如钢和有机玻璃(上图)、特氟隆
和有机玻璃(下图)。

LIFTEC技术的能力最近才被研究人员所证明,研究人员还报导了一个值得注意的结果:当销轴直径为2mm时,拉开结合的力约为700N。

与现有技术相比,LIFTEC技术的结合过程中的精确度要求大幅降低,因此该技术有望在工业上获得广泛应用。此外,感应和超声波加热对材料的热导率有限制,而使用激光辐射则没有这种要求。研究人员表示, LIFTEC技术将有望在现有技术遇到困难的一些领域大显身手。

目前演示的LIFTEC技术使用的是价格低廉的二极管激光器。由于该技术对所使用的激光辐照的光束质量要求不高,所以光纤耦合二极管激光器肯定能用于该技术的工业化应用中。

为了进一步集成LIFTEC技术,ILT声名卓著的工程学专用技术也开始崭露头角。研究人员Holtkamp说:“我们正在研究满足这个特定加工工艺要求的机器。目前我们采用液压设备,但是对加工工艺来说,液压压力太大并且不准确。新的机器将采用电力驱动,可以放置于桌面上,这意味着配镜师在商店里就能使用该仪器将镜片和镜框瞬间结合在一起。”

ILT已获得了该技术的专利授权,并且已经有工业界人士开始咨询该技术。目前研究人员正致力于减少加热时间,并研究工业应用中可能用到的各种各样的结合力。

 

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