Institutul Fraunhofer pentru Tehnologii Laser ILT a participat și a prezentat la K 2016, multe tehnologii inovatoare, precum îmbinarea maselor plastice și a metalelor folosind laseri cu impulsuri ultrascurte.
Îmbinarea izotropică a materialului plastic şi a metalului
Un factor cheie în proiectarea structurilor ușoare este capacitatea de a forma legături precise, sigure și permanente între suprafețele me talice și cele din material plastic. De fapt există o metodă deja cunoscută, cu laser, în acest sens, în special pentru materialele compozite armate cu fibre folosite în industria aerospațială și auto.
Metoda implică, mai întâi, o structurare cu laser a suprafeței metalului, apoi îmbinarea sa cu suprafața materialului plastic încălzit. Anterior, structurarea cu laser se făcea printr-un proces de scanare ce producea linii pe suprafața metalică.
Ca parte a proiectului HyBriLight finanțat de Ministerul Federal al Educației și Cercetării din Germania (BMBF), specialiștii de la Fraunhofer ILTau dezvoltat un nou proces pentru structurare, proces ce folosește un laser cu impulsuri ultrascurte (USP), care produce proeminențe de formă conică (CLP) pe metal. Aceste micro-excrescențe, aleatoriu distribuite, măresc aria suprafeței de cinci până la de zece ori.
Ca rezultat, îmbinarea nu este doar mai rezistentă, ci și egală în toate direcțiile deoarece, spre deosebire de liniile de scanare, acum suprafața are o structură izotropică. Procesul a fost testat în laborator și funcționează și în cazul injecției în matrițe cu inserții metalice. De asemenea, această metodă a fost expusă împreună cu o largă prezentare la K 2016.
Sudură cu transmisie laser fără absorbţie
La sudarea cu laser a materialelor termoplastice, una dintre componente este, de obicei, transparentă și se adaugă un material absorbant celei de a doua piese pentru a permite o mai bună absorbție a radiației laser. Apoi laserul trece prin prima componentă și o topește pe cea de a doua, îmbinând astfel ambele piese.
- FOTO 1. Structurarea unei probe de metal cu laser de mare putere prin fibra, în pregatire pentru o îmbinare metal – plastic. © Fraunhofer ILT, Aachen, Germania
Aditivul poate fi omis dacă se folosește un laser cu o lungime mai mare de undă. Atunci, ambele componente absorb radiația și trebuie să aveți grijă să asigurați o topire selectivă în timp ce reduceți dimensiunea zonei afectate de căldură (HAZ). Procesul necesar în acest caz a fost dezvoltat de Fraunhofer ILT și implică o ghidare rapidă (>1 m/s) și repetată a razei laser de-a lungul conturului de sudare în timp ce, simultan, se evacuează căldura deasupra și dedesubtul pieselor îmbinate.
- FOTO 2. Exponat din sticla acrilica fabricat prin utilizarea laserului la îmbinarea polimer – metal, sudura, debitare, ablație. © Fraunhofer ILT, Aachen, Germania
Metoda se preconizează a prezenta interes în special în domeniul ingineriei medicale, unde aditivii pot prezenta riscul de biocompatibilitate. Totuși, metoda mai poate fi folosită și în alte aplicații, unde absorbanții nu sunt permiși din motive ce țin de aspect, cost sau funcționare.
Etanşarea sigură şi delicată a peliculelor multi-strat
Un laser similar se mai poate folosi la etanșarea peliculelor multi-strat față de mediile externe. Lucrul acesta este folositor, de exemplu, la procesarea bateriilor cu lithium sau a afișajelor OLED, ce conțin materiale cu sensibilitate mare față de oxigen sau vapori de apă. Din acest motiv, acestea sunt încapsulate în pelicule speciale multi-strat.
În mod normal, pelicula este îmbinată cu adeziv sau este etanșată termic în jurul perimetrului componentei de protejat, creând un buzunar ce include, de exemplu, un LED organic flexibil. Acum, cu un laser special, se poate topi selectiv doar un singur strat al peliculei, făcând ca procesul de producție prin etanșare să fie și mai delicat pentru componenta ambalată.
Pe lângă faptul că este adecvată în cazul electronicii, această tehnologie ar mai putea fi de interes în domeniul ambalajelor articolelor medicale ce trebuie să satisfacă cerințe și mai stricte. Dezvoltată ca parte a acestui proiect de cercetare, această tehnologie încă este în curs de îmbunătățire. Planurile de viitor în cazul ei include încapsularea celulelor solare flexibile și utilizarea în procesarea continuă între doi cilindri mobili (roll-to-roll processing).
