プラスチックのレーザー溶接技術は急上昇するだろうか？

レーザー加工技術は徐々に工業製造業に浸透し、大きな注目を集める新技術となっています。現在、レーザー材料加工の用途は、主に金属部品の製造で、全体の85%以上を占めています。残りの15%は、木材・紙製品、布・皮革、繊維材料、プラスチック、ガラス、半導体などの非金属製品に分布しています。レーザーのスペクトル波長範囲が異なると、材料の吸収率や効率も異なるため、特定の材料特性に対して、常に最も吸収率が高く、加工に最も適したレーザーの種類を見つけることができます。

現在、金属材料のレーザー加工技術は、切断、溶接、クラッディング、洗浄などを含め、十分に研究されています。次に注目されるのは、非金属材料のレーザー加工です。特に、ガラス、プラスチック、木材、紙製品は、生活や産業において最も一般的な材料であり、中でもプラスチックは代表的な例です。プラスチックは、さまざまな形状の可塑性変化により、さまざまな工業部品や日用品に利用されており、用途は非常に広範です。しかし、プラスチックの接合は、長年にわたり、満足のいく解決策が見つかっていない問題です。

プラスチック接合プロセス プラスチックは熱可塑性が優れているため、接合が必要な箇所を加熱すると柔らかくなり、溶けて接合しやすくなりますが、接合方法によって効率や接合品質が大きく異なります。現在、プラスチック部品を接合する方法は主にいくつかあります。1つ目は最も伝統的な接着剤ペーストです。現在、工業用接着剤は臭いがすることが多く、ホルムアルデヒドなどの有毒物質を発生させる場合もあり、環境保護の要件を満たしていません。2つ目はファスナーまたは留め具による接合で、2つのプラスチック部品にあらかじめバックル位置を設けて取り外しやすくしたり、2つのプラスチック部品をねじで固定したりします。3つ目は熱融着によるプラスチック接合で、誘導溶接、ホットプレート溶接、ホットガス溶接、振動摩擦溶接、超音波溶接、レーザー溶接などがあります。ファスナーと留め具による接合には一定の必要性があります。これは一般的に、永久的なデッド接続のない2つのプラスチック部品に使用されます。熱融着による接合は、一般的にプラスチック間の永久的な接続です。ホットプレート溶接の効率は非常に低く、精度が不十分で、自動化の度合いも低いです。現在、最も広く用いられているのは振動摩擦溶接と超音波溶接であり、関連機器は1台あたりわずか数万元で、大量生産に適している。しかし、超音波溶接は騒音が発生し、溶接対象物のサイズに制限があり、熱界面の不均一や溶接効果の誤差が生じやすい。こうした状況の中、プラスチックのレーザー溶接が徐々に登場し、プラスチック業界の注目を集めている。

プラスチックレーザー溶接: プラスチックレーザー溶接は、レーザーの熱エネルギーを使用して熱可塑性部品を永久的に接合する技術です。溶接前に、溶接する 2 つの部品間の領域をクランプするために適切な外部力を加える必要があり、部品の材料に適した近赤外線レーザーの波長を調整し、レーザーが最初に最初の部品を透過し、2 番目の部品がそれを吸収して熱エネルギーに変換し、2 つの部品の接触面を溶融して溶接領域を形成し、溶接を完了します。プラスチックレーザー溶接は、高効率、完全自動制御、高精度、溶接の良好な密閉性、強固な溶接、プラスチック部品への損傷が少ない、騒音や粉塵がないなどの利点があり、非常に理想的なプラスチック溶接プロセスです。現在のプラスチックレーザー溶接の問題は、1 つは従来のプロセスと比較して装置が比較的高価であること、2つ目は、異なる色のプラスチック間のレーザー吸収によって溶接が困難になること、特に透明なプラスチックの上下層ではより困難ですが、将来的にはコーティングを使用してレーザー吸収を補助することを検討できます。第三に、プラスチックレーザー溶接の様々な応用シナリオ、積載・荷降ろし、治具、自動化に関する研究は依然として不十分である。

理論的には、プラスチックレーザー溶接はプラスチック接合に関連するすべての産業に適用可能であり、この技術はまだ初期の探究段階にあります。自動車、医療機器、家電製品、民生用電子機器などのプラスチック部品に使用されています。自動車では、準同期溶接を使用するプラスチックレーザー溶接機が、各種組み合わせバルブボディ溶接、チェックバルブボディ溶接、自動車計器パネル溶接に使用されています。シーケンシャル輪郭溶接モードのプラスチックレーザー溶接機は、あらゆる種類の燃料ラインとプラスチックジョイント、高級車のバンパー、自動車のウェルカムライト、渦電流ファン、自動車のリアテールライト、オイルセパレーターなどの溶接に使用されています。自動車の360度カメラ、自動車のレーダー、自動ドアロック、電子パーキングコントローラー、ヘッドアップディスプレイなどは、プラスチックレーザー溶接を使用することで、高い製品品質と経済性を実現できます。

医療機器分野では、プラスチックレーザー溶接は、医療用ホース接続部、血液分析装置、補聴器、胃内視鏡接続部、液体フィルタータンクなど、高い清浄度が求められる機器の封止や溶接に用いられています。また、腕時計バンドの溶接、VRゴーグルのパッケージングなど、民生用電子機器の溶接にもプラスチックレーザー溶接が用いられており、美しい外観と高い溶接強度を実現しています。さらに、携帯電話部品（ケース、ヘッドセット端子、USB端子）、マウス、センサーなどにもプラスチックレーザー溶接が活用されています。現在では、バッテリーパッケージの溶接にもプラスチックレーザー溶接を応用している企業も存在します。