Hàn Laser thủy tinh

Laser xung cực ngắn kết hợp với công nghệ tự hội tụ tinh vi mang lại chất lượng và độ tin cậy của quy trình cần thiết để có thể sử dụng hàn kính bằng laser trong sản xuất hàng loạt. Các đặc tính độc đáo và tuyệt vời của thủy tinh khiến nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều sản phẩm công nghệ cao thuộc các lĩnh vực khác nhau như y sinh và vi điện tử. Trước đây chúng tôi đã mô tả những thách thức mà nó mang lại cho các nhà sản xuất, đặc biệt là trong lĩnh vực cắt kính chính xác, khối lượng lớn. Nó cũng gây ra những khó khăn trong việc liên kết, bao gồm hàn các thành phần thủy tinh riêng lẻ với nhau và hàn kính với các vật liệu khác như kim loại và chất bán dẫn.

Tất cả các phương pháp hàn kính truyền thống đều gặp khó khăn trong việc cung cấp độ chính xác, chất lượng liên kết và tốc độ sản xuất cần thiết để sản xuất hàng loạt có hiệu quả về mặt chi phí. Ví dụ, liên kết bằng chất kết dính là một phương pháp kinh tế, nhưng để lại vật liệu kết dính trên một bộ phận và thậm chí cần phải khử khí.

Hàn điện môi liên quan đến việc đặt vật liệu bột tại một điểm tiếp xúc và sau đó làm nóng chảy nó để hoàn thành liên kết. Cho dù quá trình nóng chảy này được thực hiện thông qua lò nướng hay tia laser thì rất nhiều nhiệt vẫn được bơm vào bộ phận. Đây là một vấn đề đối với vi điện tử và nhiều thiết bị y tế.

Liên kết ion là một phương pháp khéo léo mang lại độ bền liên kết cực cao. Hai bề mặt kính mới, cực kỳ phẳng được ép lại với nhau và thực sự hợp nhất với nhau bằng liên kết phân tử. Tuy nhiên, việc thực hiện điều này trong môi trường sản xuất là không thực tế.

Vậy còn hàn laser thì sao? Thủy tinh có nhiều đặc tính rất hữu ích, chẳng hạn như điểm nóng chảy cực cao, độ trong suốt, độ giòn và độ cứng cơ học, nhưng nó cũng gây ra nhiều khó khăn cho việc hàn laser. Do đó, laser công nghiệp điển hình và các phương pháp hàn kim loại và các vật liệu khác không phù hợp với thủy tinh.

Cũng giống như cắt kính chính xác, bí mật nằm ở việc sử dụng tia laser xung bước sóng cực ngắn (USP) hồng ngoại. Thủy tinh trong suốt trong vùng hồng ngoại, vì vậy chùm tia laze tập trung có thể truyền trực tiếp qua nó cho đến khi chùm tia tập trung Thu hẹp lại và tập trung đến mức gây ra "sự hấp thụ phi tuyến tính". Sự “hấp thụ phi tuyến” này chỉ xảy ra ở các laser xung siêu ngắn có công suất cực đại và các loại laser khác không thể được sử dụng để thực hiện điều tương tự.

Vì vậy, trong một khu vực rất nhỏ xung quanh tiêu điểm của chùm tia laser (thường có đường kính nhỏ hơn vài chục micron), kính sẽ hấp thụ ánh sáng laser và nhanh chóng tan chảy. Chùm tia tập trung này được quét dọc theo đường hàn mong muốn để hoàn thành việc liên kết, giống như các hình thức hàn laser khác.

Đầu tiên, nó tạo ra một liên kết bền chặt vì cả hai vật liệu được hàn nóng chảy một phần và sau đó đông đặc lại với nhau để tạo thành mối hàn. Hơn nữa, quy trình này cũng thích hợp để liên kết thủy tinh với thủy tinh, thủy tinh với kim loại và thủy tinh với chất bán dẫn.

Thứ hai, trong quá trình này, rất ít nhiệt đi vào bộ phận và lượng nhiệt này được tạo ra trong một khu vực rộng tối đa vài trăm micron. Điều này cho phép các mối hàn được đặt rất gần với các mạch điện tử hoặc các bộ phận nhạy cảm với nhiệt khác, giúp các nhà thiết kế và nhà sản xuất có nhiều tự do hơn và cho phép thu nhỏ sản phẩm tốt hơn.

Cuối cùng, nếu hàn kính bằng laser USP được thực hiện đúng cách, sẽ không có vết nứt nhỏ xung quanh mối hàn. Các vết nứt nhỏ làm giảm độ bền cơ học của kính. Ngoài ra, sau khi chu kỳ nhiệt độ thay đổi (điều không thể tránh khỏi đối với mọi thứ), các vết nứt nhỏ có thể là nguyên nhân dẫn đến hỏng hóc cuối cùng của thiết bị.

Ưu điểm của hàn kính bằng laser USP là kính chỉ được làm nóng với khối lượng nhỏ. Nhưng nó cũng đặt ra những thách thức thực tế. Điều này có nghĩa là ngay cả khi bộ phận di chuyển, vị trí tiêu điểm laser phải được giữ rất chính xác tại giao diện giữa hai bộ phận được hàn. Bởi vì các phần của thế giới thực không phẳng hoàn toàn nên điều này khó đạt được. Ngoài ra, vị trí của các bộ phận trong hệ thống hàn có thể không khớp hoàn hảo.

Một giải pháp là sử dụng tiêu điểm kéo dài theo trục. Điều này "kéo dài" kích thước của tiêu điểm chùm tia laser để giải quyết độ nhạy vị trí. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là tiêu điểm chùm tia kéo dài tạo ra vũng nóng chảy trong kính có tiết diện không tròn. Khi thủy tinh đông cứng trong vùng nóng chảy, bể nóng chảy không hình tròn có nhiều khả năng hình thành các vết nứt vi mô.

Phương pháp khác có thể nhận ra hiệu quả hàn mà không có vết nứt vi mô và có thể thích ứng với sự thay đổi đáng kể của khoảng cách giao diện trong quy trình. Bí mật là, kết hợp với công nghệ lấy nét động cao, quang học khẩu độ số (NA) cao được sử dụng để tạo ra các tiêu điểm nhỏ.

Bằng cách này, hệ thống laser đạt được độ cầu cao của bể nóng chảy, do đó tránh được các vết nứt vi mô. Nó cũng cảm nhận khoảng cách giao diện và liên tục điều chỉnh quang học để luôn lấy nét hoàn hảo. Kết quả là chất lượng hàn cao được đảm bảo trên hầu hết mọi hình dạng của bộ phận và quy trình không bị ảnh hưởng bởi dung sai và vị trí của bộ phận.

Công ty TNHH Công nghệ Laser Tây An Guosheng là một doanh nghiệp công nghệ cao chuyên về R&D, sản xuất và kinh doanh máy ốp laser tự động, máy ốp laser tốc độ cao, máy dập tắt laser, máy hàn laser và thiết bị in laser 3D. Sản phẩm của chúng tôi có hiệu quả về chi phí và được bán trong và ngoài nước. Nếu bạn quan tâm đến sản phẩm của chúng tôi, vui lòng liên hệ với chúng tôi theo số bob@gshenglaser.com.