焊接热塑性塑料模制件的方法和装置制造方法及图纸

一种焊接热塑性塑料模制件，特别是轮廓焊接三维模制件的方法，该方法包括以下特征：　　　　－在待焊接的轮廓（Ｋ）附近使接合部分（１、２）接触；　　　　－用一夹紧装置（１０、１０′）在接合区域对接合部分（１、２）加载作用；　　　　－在焊接区域内用一激光焊接光束（３）对所述接合部分（１、２）中的一个（２）进行辐射；　　　　其特征在于　　　　－在焊接区域（１８）中对另一个接合部分（１）附加并同步地进行电磁的第二辐射（１５），以使该接合部分升温。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种焊接特别是轮廓焊接三维模制件的方法和装置，该方法和装置包括权利要求1和8的前序部分给出的特征。
技术介绍
现有技术已开发出很多塑料制件激光光束焊接方法。首先，两个接合部分在将要焊接的轮廓附近彼此接触。一夹紧装置在接合区域作用在接合部分上，以消除接合部分之间会消极地影响焊接结果的间隙，并用于补偿任何形状公差。最后，激光焊接光束在焊接区域中对所述两个接合部分进行辐射，其结果使所述接合部分中的至少一个熔融，并且通过热传递使第二部分开始熔融，同时，两个部分最终材料锁合地连接。这种类型的焊接的一个典型示例是激光穿透照射焊接，其中，激光焊接光束穿过的上部的接合部分对于相应地使用的激光光束长度是可透射的，并且下部接合部分可吸收相应地使用的激光光束的波长。对于宽广的现有技术的范围，作为例子描述DE 37 14 504 A1，该文献描述了一种焊接或切割贵重金属，但也可以是焊接或切割塑料或生物组织的方法，该方法利用两种具有不同波长的激光光束协同工作。例如具有193nm波长的第一光束对准焊接区域，同时给第二激光光束分配较长波长。这增加了对第一IR(红外)激光焊接光束的吸收，因此可以提高特别是激光光束焊接的关键材料的焊接质量。DE 38 33 110 C2提出了一种通过热辐射对热塑性材料进行焊接的方案，其中，将第一和第二热塑性工件彼此堆叠地放置在一承载器中，该承载器在焊缝附近支承所述热塑性工件。设有一用于固定焊缝的镜面罩(Spiegemaske)，该镜面罩包括一具有冲压式的透明的多层压靠元件和一朝向第一热塑性工件的反射屏。该镜面罩在一用于焊接过程的辐射装置和热塑性工件之间直接设置在该热塑性工件上。设有一用于焊接过程的可相对于辐射装置移动的压靠装置。一带有红外线椭圆形反射器的卤素灯被用作辐射装置。EP 0 890 865 B1公开，通过一设置在辐射源和要焊接的工件之间的滤镜选择适于焊接工作的波长。DE 199 25 203 A1与本专利技术最相关；该文献公开了通过激光能量焊接至少两种塑料材料的方法。其中，将辅助能量供应到接合区域，从而使至少一种第一材料的颗粒可逆地转变成一种或多种第二材料。这些第二材料整体上比第一材料更能吸收激光辐射，从而在激光能量吸收上关键的材料变得可以以令人满意的质量焊接。上述现有技术文献提供了对于很不同的接合部分提高焊接质量的方法，然而，这些文献对解决本专利技术所基于的问题并没有帮助。所述问题特别会出现在大型三维轮廓的塑料激光光束焊接中。在该应用领域中，与轮廓相匹配的常规的刚性夹紧装置相当复杂和昂贵；另一方面，由于较大的元件公差在要焊接的模制件的轮廓上无法形成均匀的夹紧压力场。特别地，元件与理想几何形状的预期偏差通常会超过在焊接过程中仍可跨接焊接间隙的允许的公差。上述不可再现/重复的夹紧压力场使得该问题更严重。此外，现有技术的已知难题依然存在，即，如果在至少一个接合部分中没有添加剂，那么就不能形成具有相同光透过特性的材料的焊接连接。原则上与通常在其它激光材料处理工艺中相同，通过与可购得的工业机械手相接合的光学纤维，可以毫无问题地用于将塑料焊接的光束引导到大型三维轮廓上。然而，其中夹紧技术的问题还未解决，从而，不能合理地实现对该焊接方法有效的、工业规模的使用。大型三维模制件的轮廓焊接领域的另一个问题在于该领域经常使用的塑料在可焊性上的不利特点。这种焊接材料中的许多在熔点和分解温度之间的熔融温度范围小。这些塑料材料通常只有在高温下才塑化，从而与热导率相关的焊接过程只能以高循环时间进行。此外，所要求的窄的温度区间使工艺窗口变窄，变窄的工艺窗口对用于大型三维模制件的轮廓焊接的激光焊接方法的没有问题的工业应用都是一个障碍。
技术实现思路
为了解决这些问题，本专利技术提议，利用电磁第二辐射对焊接区域中激光焊接光束基本上不对其起作用的另一个接合部分同时进行附加的辐射，使得该第二接合部分的温度增加。通过该辐射源可促进对通常位于上部并被称作焊接区域的“顶层”的第二接合部分的加热，并由此在焊接面两侧使焊接区域中的温度场均匀，并使其更对称。这种均匀化的温度场将会扩大工艺窗口，并且该工艺变得不易于出现故障，特别是在大型三维轮廓中由于不均匀的夹紧压力引起的困难而产生的故障。在这方面，基于由权利要求1和8给出的特征的本专利技术的方法和相应的装置，夹紧技术本身不再是三维焊接工艺的限制因素。通过按权利要求2和10的优选改进方案，可实现使第二接合部分获得特别可选的温度升高。由于激光焊接光束和第二辐射的波长不同，所以可以使能产生热量的第二辐射在波长上与各要加热或要熔融的层以及该层的辐射吸收性能相匹配。虽然第二辐射也原则上可以通过第二激光产生，但在工业应用领域，由于费用原因这是不可行的。相反，根据权利要求3和11，优选使用红外辐射器或UV辐射器，许多无色塑料对其辐射的吸收比对例如780至1000nm常见激光焊接波长的吸收好。如权利要求4和12中所述，特别优选由卤素红外辐射源产生的短波第二辐射。当在独立权利要求中说到两个接合部分的同时辐射时，这并不意味着辐射时间必须绝对同步。而是在必须确保，在温度场均匀和工艺窗口扩大的意义上，当接合部分中由第二辐射导致升温的区域发生显著的接触时，激光焊接光束必须作用在接合部分，特别是要焊接的部分上。在这方面，根据本专利技术方法的优选实施例和相应的装置，第二辐射可以与激光焊接光束充分地同心并同步地施用，或者分别如权利要求5和6或13和14中说明的一样，在激光焊接光束之前施用。为了增加第二光束源的效率，聚焦地施用第二光束是有利的(权利要求7和15)。按另一优选的实施例，根据权利要求8和16，本专利技术设想通过一能透射第二辐射和/或激光焊接光束的夹紧装置特别是夹紧滚轮来施用第二辐射和/或激光焊接光束。这样做的优点是，夹紧装置直接作用在当前活动的焊接区域，从而元件的公差得到最佳的补偿，并且相应的接合缝隙减小到最小。附图说明从下文接合附图对示例性实施例的描述中，本专利技术其它的特征、细节和优点将变得明显，其中图1是一激光焊接装置的示意性的侧视图；图2是沿图1的箭头II的方向观察激光焊接装置的视图；图3和图4是用于比较传统的焊接工艺与本专利技术的焊接工艺的模拟的温度场图；图5是一聚合物的应力-伸长率图；图6和7是两个接合部分的焊接轮廓的示意性剖视图；图8是焊接装置的第二实施例的示意性侧视图；以及图9是沿图8中的箭头IX的方向观察激光焊接装置的视图。具体实施例方式图1和2示出待焊接的两个接合部分1、2的边缘轮廓K。利用激光照射法将这两个部分接合在一起，同时，上部接合部分1必须尽可能透射激光焊接光束3，并且下部接合部分2尽可能吸收激光焊接光束3。激光照射焊接的其余情况是公知的，不需要进一步介绍。通过整体上用4表示的处理头，所述激光焊接光束3通过一纤维光学系统从一静止的激光光束源引导到聚焦光学系统5。为了清楚起见，在图中省略了激光源和纤维光学系统。该聚焦光学系统5位于处理头4的一机座6上，该机座通过一带有测力单元的转接板7利用凸缘安装在例如工业机械手的操纵臂上。夹紧滚轮10通过一支架8安置在所述激光焊接光束3的光轴9的附近；该夹紧滚轮利用其周向在上部接合部分1上滚压，从而在将要进行焊接的区域夹紧两个接合部分1、2。为清楚起见，图1和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：A·霍夫曼，S·希尔，
申请(专利权)人：LPKF激光电子股份公司，
类型：发明
国别省市：