플라스틱 작업을 개선하는 레이저 폴리머 용접
레이저 용접이 어떻게 고정밀 폴리머 부품 어셈블리를 가능하게 하는지와 생산에서 공정이 어떻게 수행되는지 알아보십시오.
2022년 3월 7일, Coherent
“플라스틱”이 사실상 “저렴한”이라는 용어와 같은 의미로 사용되었던 시기가 있었습니다. 그러나 현재 플라스틱, 더 정확하게 “폴리머”는 고품질 및 기술적으로 정교한 모든 종류의 제품에 사용됩니다. 여기에는 휴대전화, 태블릿, 노트북, 피트니스 트래커와 같은 가전 제품은 물론 자동차, 항공기, 의료장비 등이 포함됩니다.
폴리머 사용이 늘어나는 이유 중 하나는 중량 감소입니다. 이는 자동차와 항공기에서 매우 중요합니다. 또 다른 장점은 폴리머가 녹슬거나 부식되지 않는다는 점으로, 자동차에서 의료장비에 이르기까지 모든 분야에 유용합니다.
사출 성형과 같은 방법을 사용하여 작고 복잡한 모양의 폴리머 부품을 손쉽게 만들 수도 있습니다. 또한 제조업체가 더 많은 제품 기능을 포함하려고 하기 때문에 기이한 모양의 작은 부품을 많이 사용하게 됩니다.
이러한 레이저를 사용한 용접
폴리머 구성 요소로 제품을 만들 때 개별 부품을 영구적으로 결합해야 하는 경우가 많습니다. 대량 생산에서는 일반적으로 단순 접합이 아닌 일종의 용접을 사용하게 됩니다. 이는 일반적으로 접착 결합보다 용접 작업을 더 빠르고 정확하게 수행할 수 있으며, 용접을 통해 더 강력하고 안정적으로 연결할 수 있기 때문입니다.
실제로 제조업체가 폴리머를 용접하는 다양한 방법이 있습니다. 일반적으로는 일종의 열원을 사용하여 폴리머의 얇은 층을 녹이거나 두 부품 사이의 기계적 움직임을 통해 마찰을 생성하여 얇은 층을 녹입니다. 어떤 방식이든 녹은 폴리머가 재응고되어 두 부품을 결합합니다.
레이저 용접은 특히 의료 및 자동차 산업에서 많이 사용됩니다. 실제로 레이저 폴리머 용접에는 다양한 유형과 구현 방법이 있습니다. 그러나 모든 방법에서 레이저를 열원으로 사용하여 재료를 녹입니다.
가장 일반적으로 사용되는 기술 중 하나는 “레이저 투과 용접”(TTLW)입니다. 이 아이디어는 실제로 매우 간단합니다. 용접할 두 부품 중 하나는 투명 플라스틱 소재이며, 다른 하나는 불투명 소재입니다. 투명한 부품은 레이저 광을 흡수하지 않지만 불투명한 부품은 흡수합니다.
용접할 때 투명한 부품을 위에 배치하여 두 부품을 클램프로 고정합니다. 레이저 초점은 투명한 부품을 통해 불투명한 부품으로 맞춥니다. 원하는 용접 이음매 패턴을 추적하기 위해 레이저 빔이 빠르게 스캔됩니다.
불투명한 폴리머가 레이저 광을 흡수하여 가열되고 녹습니다. 이렇게 발생한 열로 인해 투명한 부품의 일부도 녹습니다. 두 부품이 압착되며 녹은 플라스틱이 두 부품 사이의 간격을 채웁니다. 마지막으로 레이저가 꺼지고 녹은 재료가 재응고되어 간격이나 결합력이 약한 부분이 없는 강력한 용접 조인트가 생성됩니다.
레이저 폴리머 용접의 장점
레이저 폴리머 용접의 장점 중 하나는 파편, 먼지 또는 입자를 생성하지 않는다는 것입니다. 이와 반대로 다양한 마찰 또는 진동 방식(예: 초음파 용접)의 대부분은 약간의 파편이 생성됩니다. 입자가 없는 용접은 특히 의료장비 및 모든 종류의 전자식 센서를 만드는 데 유용하며, 레이저 용접 공정이 클린룸에 적합하도록 만듭니다.
또한 레이저 용접에는 진동이 없고 열 및 기계적 응력이 낮기 때문에 용접된 부품의 변형이 최소화되고 손상이 방지됩니다. 이러한 점은 특히 전자 및 의료 분야와 같은 미세 정밀 부품에 중요합니다. 레이저로 생성된 용접 조인트 자체는 강력하며 눈에 거의 띄지 않습니다. 소비재에서 우수한 용접 이음매 외관이 요구되는 경우가 종종 있습니다.
마지막으로, 제조업체의 경우 레이저 용접은 신속하게 수행할 수 있으며, 매우 정밀하게 모니터링 및 제어할 수 있습니다. 따라서 생산량이 극대화되고 뛰어난 부품 간 일관성을 얻을 수 있습니다. 또한 설계 수정 또는 재료 변경을 수용하기 위해 공정 매개변수를 변경하는 것이 비교적 쉽습니다.
성공을 위한 준비
레이저 폴리머 용접을 사용하려면 어떻게 해야 합니까? 생산을 시작하기 전은 물론 장비를 구매하기 전에 고려해야 할 세 가지 핵심 사항이 있습니다.
첫째, 부품에 적합한 재료를 선택해야 합니다. 이러한 방식이 제대로 작동하도록 하려면 두 폴리머(투명 및 불투명)가 녹은 상태(분해 상태 아님)를 유지하는 온도 범위가 약간 겹쳐야 합니다. 겹치는 범위가 클 수록 공정 기간이 늘어나므로 더욱 손쉽게 생산하며, 더욱 강력한 제품을 생산할 수 있습니다. 다음 차트에는 레이저 용접과 호환되는 일반적인 폴리머 조합이 요약되어 있습니다.
다음으로 고려할 사항은 “제조를 위한 설계” 문제입니다. 조기에 레이저 용접 전문가에게 문의하여 부품 설계가 레이저 공정과 호환되는지 확인하고 설계를 변경하여 생산 결과를 개선할 수 있는지 알아보십시오.
마지막으로, 레이저 폴리머 용접에 관한 사전 경험이 많지 않은 경우에는 애플리케이션 개발 지원을 제공할 수 있는 사람과 협력하십시오. 특히 테스트를 실행하여 최상의 결과를 얻을 수 있는 시스템 구성을 결정하고 생산 공정에 대한 최적의 레이저 매개변수를 식별하는 데 도움을 줄 수 있는 공급업체와 협력하십시오. Coherent 연구소는 바로 이러한 서비스를 제공하며, Coherent도 생산 환경에 쉽게 통합되는 레이저 폴리머 용접 시스템을 제공합니다.
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