2010. június 16. MŰANYAGOK LÉZERHEGESZTÉSE ÉS BERENDEZÉSEI

Átírás

1 2010. június 16. MŰANYAGOK LÉZERHEGESZTÉSE ÉS BERENDEZÉSEI

2 Tartalom Műanyag hegesztésről általában Lézeres hegesztésről általában Lézeres hegesztés előnyei Scanner lézerhegesztés Műanyagok lézeres hegesztése Esettanulmány Alkalmazások TRUMPF hegesztő rendszerek

3 Műanyag hegesztésről általában A hegeszthetőséget meghatározza: hegesztendő műanyag alkatrész anyagtechnológiája szerkezeti kialakítás alkalmazott hegesztési technológia alkatrész igénybevétele A hegesztett kötéssel szemben támasztott követelmények: Repedésmentesség Zárványmentesség Megfelelő anyagszerkezet Kellő szilárdság és kopásállóság

4 Lézeres hegesztésről általában A lézeres hegesztés főbb jellemzői: koncentrált energiabevitel csekély vetemedés nagy megmunkálási sebesség nehezen hozzáférhető helyek megmunkálási lehetősége nagyfokú flexibilitás Lézeres hegesztésre alkalmas anyagok: különféle acélok könnyűfémek műanyagok Lézeres hegesztéssel megvalósítható: - tompa hegesztés - átlapolt hegesztés

5 Lézeres hegesztés előnyei Érintésmentes technológia Műanyagok hegesztésénél nincs szükség hozaganyagra Varrat homogén Nincsenek beégések Karbantartásmentes hegesztőfej Nagy hegesztési sebesség (vágási sebességhez közeli) Nagyfokú ismételhetőség (az első és az egymilliomodik hegesztés ugyanolyan) Precíz, a legkomplikáltabb struktúrákhoz is beégés nélkül alkalmazható

6 Lézeres hegesztés előnyei Torzulásmentes a jelentős energiasűrűség miatt a hőhatás zóna kicsi, így a vetemedés csekély Pontos eljárás, üregeken, belső kontúrokon nincs sugártorzulás Gyors eljárás Minimális utómunkálat szükséges a pontos anyagfelhasználásnak köszönhetően Rugalmas alkalmazás a varrat geometriája a hegesztési paraméterek megváltoztatásával azonnal módosítható Új szerszám készítése helyett a bekövetkezett hiba kijavításra kerül, így a megmentett alkatrészt nem kell újragyártani

7 Scanner lézerhegesztés

8 Scanner lézerhegesztés Tükrök irányítják a lézersugarat közvetlenül a megmunkálási pontra A lézersugár optikai pozícionáláshoz szükséges idő kimarad nagyon gyors hegesztést tesz lehetővé Ipari robotkarokkal alkalmazva 3D gyártási folyamatok kiszolgálása Előnyei: dinamikus nincs szükség mozgatásra, kiesik a pozícionálási idő, nagy gyorsulási érték, nagy megmunkálási teljesítmény, közel 100% lézerkihasználtság

9 Műanyagok lézeres hegesztése

10 Műanyagok lézeres hegesztése Műanyag hegesztési kritériumok: - környezetvédelmi előírások - gazdasági szempontok - újrahasznosíthatóság Legmegfelelőbb eljárás műanyagok hegesztésére a lézersugaras hegesztés Lézeres hegeszthetőség függ az anyag abszorpciós képességétől, amely - a hullámhossz, - az anyag, - és a felületi érdesség függvénye Műanyagok esetében leggyakrabban alkalmazott kötéstípus az ún. átlapolt kötés

11 Folyamat: Átlapolt műanyag lézerhegesztés folyamata 1. Felső alkatrész lézersugár hullámhosszán áteresztő, az alsó elnyelő 2. Az alsón elnyelődő sugár az anyagot megömleszti 3. Megömlesztett anyag kötést hoz létre a két anyag között (ha összeférnek!) max. 100 µm

12 Polimer lézerhegesztés főbb előnyei Erős, gázzárt hegesztési kötések hozhatók létre Polimer hegesztés térfogata kicsi hozaganyag nélkül megvalósítható a hegesztés A folyamattechnológia rugalmasságából adódóan szinte minden hegesztési geometria megvalósítható A koncentrált hőbevitel miatt a hőhatás zóna minimalizált, így a varrat mentén nincs vetemedés, a műanyag nem deformálódik Tökéletes hegesztési felület elérése, bármiféle mikró szemcsék vagy ömledék maradványok nélkül Stabil reprodukálhatóság és megbízható minőség Nincs fizikai kontaktus, tehát nincs kopó alkatrész

13 Külső hegesztési geometriák Lézeres átlapolt hegesztés

14 Szinte minden hőre lágyuló polimerek hegeszthetők lézerrel Anyag kompatibilitása Hozzáadott anyag Anyag mátrix Felcserélhető kis mennyiségben Jó hegesztési varrat Rossz hegesztési varrat Nem lehet hegesztési varrat Ugyanaz az anyag Semi-crystalline polymer

15 Esettanulmány

16 Esettanulmány Feladat: átlapoló hegesztés Hegesztendő anyag: PA 66 (30% üvegszál tartalommal) - jó mechanikai tulajdonságok, jó kopásállóság, súrlódással szemben ellenálló Feltétel: áteresztő alkatrész, alatta elnyelő alkatrész Vizsgálati tényezők: - kötések szilárdsága szakítóvizsgálattal - regisztrálása - kötésekről mikroszkópos csiszolatok lézerteljesítmény hatása a varrat minősége - termogravimetrikus analízis anyagok termikus stabilitása - spektroszkópos vizsgálat lézerfény áteresztő képesség

17 Esettanulmány Használt berendezés: TRUMPF VMi3 lézerberendezés Első tesztelés során a berendezés 100%-on üzemelt: - szakítószilárdság előírásoknak megfelel - szórásuk nagy - kellemetlen folytó szag - égetés Vizsgálat a lézerteljesítmény hatása a kötésszilárdságra: - Folyamatos üzemben és impulzus üzemben %-ig terjedő tartomány Eredmény: kötések szilárdságának maximuma 40-50%-nál érhető el mindkét üzemmódban

18 Esettanulmány A mikroszkópos csiszolatokon megfigyelhető a nagy energia bevitel hatása a hegesztett kötési felületre: - áteresztő anyag túl sok energiát enged át - érintkező felületen az anyag megég - gázzárványok keletkeznek Oka: túl nagy lézerteljesítmény

19 Esettanulmány Folyamatos üzem esetén Impulzus üzem esetén

20 Esettanulmány Kötések szakítószilárdságának szórása folyamatos és impulzus lézerüzemben Konklúzió: legjobb hegesztési kötés folyamatos üzemben 45%-os teljesítmény mellett Teljesítmény optimalizálásával jelentősen csökkent a ciklusidő További előny: alacsonyabb teljesítményt használva a lézerdióda élettartama is nő

21 Alkalmazások

22 Műanyag lézerhegesztési alkalmazások Kontúr hegesztés Szimultán hegesztés Sugárban hegesztés Szimultán hegesztés Maszk hegesztés 22

23 Tipikus alkalmazások Autóipar - Folyadék tartályok - Belső elemek - Lámpák és világítás - Elektromos kulcsok Elekronika ipar - Elektromos házak - Kapcsolók - Szenzorok (air-bag, olajszenzor, stb.) Orvosi műszergyártás - Mikor tégelyek Építő ipar -Műanyag ablakok 6/21/2010 Laser Beam Welding of Thermoplastics 23

24 Követelmények műanyag lézeres hegesztéshez Lézer - Tipikus fókusz átmérő: mm - Folyamatos üzem - Lézerteljesítmény: W alkalmazástól függően - Sztenderd vagy scanner optika Műanyag - Felső anyag lézerfény hullámhosszán áteresztő - Alső anyag lézerfény hullámhosszán elnyelő - Műanyagok kompatibilitása a hegesztési kötés miatt Pozícionálás - Reprodukálható pozícionáló - Anyag távolság < 100 µm - Optikailag hozzáférhető hegesztési hely 6/21/2010 Laser Beam Welding of Thermoplastics 24

25 Műanyag hegesztésre alkalmas TRUMPF rendszerek

26 TRUMPF lézerekről általában Költséghatékonyságukkal és tartóságukkal az elmúlt évtizedek alatt számos ágazatban bizonyítottak, mint pl: precíziós gépészetben elektrotechnológiában szerszámiparban autóipar és beszállítóknál Könnyen illeszthetőek a megmunkáláshoz és a termék koncepciójához Magyar szervízközpont és alkatrészbázis Lasersystems Kft. Beépített telediagnosztika modul 0-24 órás hot-line szolgáltatás

27 TruPulse lézerhegesztő Impulzus üzemű szilárdtest lézer Gyors valósidejű teljesítményszabályozás Nagyfokú impulzusok közti szabályozás Paraméterek egyszerű változtathatósága Kiterjesztett impulzus alakformálás Kompakt kivitelű mobilberendezés Bármilyen gyártási környezetben felhasználhatóak Elérhető opcionális víz, vagy levegő hőcserélővel

28 TruPulse lézerhegesztő TruPulse 21 TruPulse 33 TruPulse 44 TruPulse 62 TruPulse 74 TruPulse 103 TruPulse 106 TruPulse 124 TruPulse 156 TruPulse 203 TruPulse 304 TruPulse 556

29 TruFiber sorozat Alacsony üzemeltetési költség Kiváló sugárminőség Rendkívül kompakt kivitel Rugalmas integrálási lehetőségek Bármilyen gyártási környezetben alkalmazható Elérhető berendezések műanyag hegesztésre: TruFiber 200 TruFiber 300 TruFiber 400

30 TruMark szériák Finomabb varratok elkészítéséhez Moduláris kialakítás Kompakt elektronikai rendszer és méret Elérhető léghűtés és vízhűtés kivitelben Rugalmas lehetőségek, könnyű integrálhatóság Nagy impulzus teljesítmény Kiváló sugárminőség

31 TruMark szériák TruMark 5020 TruMark 3010 TruMark 5040 TruMark 3020 TruMark 3130 TruMark 6020 TruMark 6030 TruMark 6130 TruMark 6140 TruMark 6230 TruMark 6330

32 Köszönöm megtisztelő figyelmüket! Urbán Viktor Lasersystems Kereskedelmi és Szolgáltató Kft Budapest, Bojtár utca 31.