Ultraīso impulsu lāzeri apvienojumā ar izsmalcinātu pašfokusēšanas tehnoloģiju nodrošina kvalitāti un procesa uzticamību, kas nepieciešama, lai būtu iespējams izmantot stikla lāzera metināšanu liela apjoma ražošanai. Stikla unikālās un izcilās īpašības ļauj to plaši izmantot dažādos augsto tehnoloģiju produktos dažādās jomās, piemēram, biomedicīnā un mikroelektronikā. Taču tas rada izaicinājumus ražotājiem, jo īpaši liela apjoma, precīzas stikla griešanas jomā. Tas rada arī grūtības ar savienošanu, tostarp atsevišķu stikla sastāvdaļu metināšanu kopā un stikla metināšanu ar citiem materiāliem, piemēram, metāliem un pusvadītājiem.
Blendēšana kā viens
Visas tradicionālās stikla metināšanai izmantotās metodes cīnās, lai nodrošinātu ekonomiskai un efektīvai sērijveida ražošanai nepieciešamo precizitāti, līmēšanas kvalitāti un ražošanas ātrumu. Līmēšana, piemēram, ir ekonomiska metode, taču tā atstāj uz detaļas lipīgu materiālu un pat ir nepieciešama degazēšana.
Dielektriskā metināšana ietver pulverveida materiāla ievietošanu saskares punktā un kausēšanu, lai pabeigtu saiti. Neatkarīgi no tā, vai šī kausēšana tiek panākta ar krāsni vai lāzeru, daļā tiek iesūknēts daudz siltuma. Tā ir problēma mikroelektroniskajām ierīcēm un daudzām medicīnas ierīcēm.
Jonu savienošana ir ģeniāla metode, kas nodrošina ārkārtīgi augstu saites stiprību. Divas jaunas un ārkārtīgi plakanas stikla virsmas tiek saspiestas kopā un burtiski sapludinātas kopā ar molekulāro savienojumu. Tomēr nav praktiski veikt šo darbību ražošanas vidē.
Lāzera stikla metināšana
Kā ar lāzermetināšanu? Stiklam ir daudz ļoti noderīgu īpašību, piemēram, ļoti augsta kušanas temperatūra, caurspīdīgums, trauslums un mehāniskā stingrība, taču tajā pašā laikā tas rada daudzas grūtības lāzermetināšanai. Tāpēc tipiskie rūpnieciskie lāzeri un metodes, ko izmanto metālu un citu materiālu metināšanai, nav piemērojamas stiklam.
Tāpat kā precīza stikla griešana, noslēpums slēpjas infrasarkanā viļņa garuma ultra-īso impulsu (USP) lāzeru izmantošanā. Stikls ir caurspīdīgs infrasarkanajā starā, tāpēc fokusētais lāzera stars var iziet cauri tam, līdz fokusētais stars sašaurinās un kļūst tik koncentrēts, ka tas izraisa "nelineāru absorbciju". Šī "nelineārā absorbcija" var notikt tikai ar īpaši īsiem impulsu lāzeriem ar lielu maksimālo jaudu, un to nevar izdarīt ar cita veida lāzeriem.
Tātad ļoti mazā laukumā (parasti mazāk par dažiem desmitiem mikronu diametrā) ap lāzera stara fokusu stikls absorbē lāzeru un ātri kūst. Šis fokusētais stars tiek skenēts pa vēlamo metināšanas ceļu, lai pabeigtu savienošanu, tāpat kā jebkuru citu lāzermetināšanas veidu.
USP lāzera stikla metināšanas metode piedāvā trīs galvenās priekšrocības.
Pirmkārt, tas rada spēcīgu saikni, jo abi metinātie materiāli tiek daļēji izkusuši un pēc tam sacietē kopā, veidojot metinājumu. Turklāt process ir vienlīdz piemērots stikla savienošanai ar stiklu, stikla savienošanai ar metālu un stikla savienošanai ar pusvadītāju.
Otrkārt, šajā procesā detaļā nonāk tikai ļoti mazs siltuma daudzums, kas rodas ne vairāk kā dažus simtus mikronu platumā. Tas ļauj lodēšanas savienojumus novietot ļoti tuvu elektroniskām shēmām vai citiem termiski jutīgiem komponentiem, kas nodrošina lielāku brīvību dizaineriem un ražotājiem un atbalsta labākus produktu miniaturizācijas dizainus.
Visbeidzot, ja USP lāzera stikla metināšana tiek veikta pareizi, ap metinājuma vietu neveidosies mikroplaisas. Un mikroplaisas samazina stikla mehānisko izturību. Turklāt pēc temperatūras cikliskuma (kas ir neizbēgami visam), mikroplaisas var būt iekārtas kļūmes cēlonis.
USP lāzera stikla metināšanas nodošana darbā
USP lāzera stikla metināšanas priekšrocības izriet no tā, ka stikls tiek uzkarsēts tikai nelielā tilpumā. Tomēr tas arī rada izaicinājumu praksē. Tas nozīmē, ka lāzera fokusa pozīcijai jāsaglabā ļoti precīza saskarne starp diviem metinātajiem komponentiem, pat ja daļa kustas. To ir grūti sasniegt, jo reālās pasaules sastāvdaļas nav pilnībā plakanas. Turklāt pozīcija, kurā detaļas ir novietotas metināšanas sistēmā, var neatbilst ideāli.
Viens risinājums ir izmantot aksiāli iegarenu fokusa punktu. Tas "izstiepj" lāzera stara fokusa punktu, lai atrisinātu pozīcijas jutīguma problēmu. Tomēr šīs metodes trūkums ir tāds, ka iegarena stara fokuss rada stiklā kušanas baseinu ar neapaļo šķērsgriezumu. Kad stikls sacietē kušanas zonā, neapļveida baseins, visticamāk, veidos mikroplaisas.
Ir izmantota cita metode, lai sasniegtu metināšanas rezultātus bez mikroplaisām un vienlaikus pielāgotos būtiskām saskarnes attālumu izmaiņām procesā. Noslēpums slēpjas ļoti dinamiskas fokusēšanas tehnoloģijas kombinācijā, izmantojot augstas skaitliskās apertūras (NA) optiku. neliels fokusa punkts.
Rezultātā lāzera sistēma sasniedz augstu kausējuma baseina sfēriskumu un tādējādi novērš mikroplaisāšanu. Tas arī uztver interfeisa attālumu un pastāvīgi pielāgo optiku, lai vienmēr būtu ideāls fokuss.
Rezultāts ir augstas kvalitātes metināšana gandrīz jebkurai detaļas formai, un process nav atkarīgs no detaļas pielaidēm un novietojuma.
