激光技術(shù)實現(xiàn)金屬與塑料之間更好的結(jié)合

工業(yè)結(jié)合所使用的材料中，對塑料的需求仍在不斷增加；而金屬在機械和電學方面的優(yōu)越性能也確保了其在混合應用中的地位。但是金屬和塑料之間的結(jié)合是最困難的物理結(jié)合之一，任何一個帶過無框眼鏡的人都知道這種結(jié)合有多么脆弱。德國弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究院（ILT）最新的研究結(jié)果展示了一種能將金屬與塑料更好地結(jié)合在一起的好方法：利用激光實現(xiàn)。

目前，將金屬與塑料結(jié)合的最主要的方法是注模成型技術(shù)，在注模過程中通過一個專門的夾具固定組件。但是為了滿足定位和高精密組件的要求，這種方法需要采用緊密公差；此外根據(jù)應用情況，這種方法也并不是總能得到高強度的結(jié)合。對于較大的面積，可以使用簡單的膠合，或者對塑料部件加工螺紋進行螺紋連接。但是這些結(jié)合方法的可靠性和牢固性都較差。

為了克服這些缺點，研究人員研究出了LIFTEC技術(shù)（激光誘導結(jié)合技術(shù)）來改進金屬與塑料之間的結(jié)合情況。激光方法與傳統(tǒng)方法類似。傳統(tǒng)方法通過感應或超聲加熱金屬部件，從而熔化金屬部件周圍的塑料，冷卻后塑料和金屬之間就形成了合縫連接。LIFTEC技術(shù)簡單有效，它使用激光加熱金屬部件。在最簡單的應用中，LIFTEC技術(shù)利用了所有未著色的熱塑塑料都是透明或者半透明的性質(zhì)。激光經(jīng)過塑料部件后聚焦在待結(jié)合的金屬部件上，引起局部熔化。在結(jié)合之前將金屬部件處理為帶凹槽或孔洞的形狀，可以進一步增強最終的結(jié)合效果。

其他材料

LIFTEC技術(shù)的優(yōu)點也許在于它的靈活性，它甚至可以應用于像特氟隆這樣的耐熱材料（如圖）。這類不透明塑料和金屬的結(jié)合方法，與激光經(jīng)過塑料部件后聚焦在待結(jié)合的金屬部件稍有不同：激光在側(cè)面加熱金屬，并且金屬正好位于塑料部件的表面上，然后金屬部件逐漸進入塑料中。最重要的是，LIFTEC技術(shù)不僅僅局限于金屬部件，還可以用于結(jié)合陶瓷和塑料。

圖：德國弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究院研究的激光誘導結(jié)合技術(shù)（LIFTEC），
該技術(shù)實現(xiàn)了不同材料之間的有效結(jié)合，如鋼和有機玻璃（上圖）、特氟隆
和有機玻璃（下圖）。

LIFTEC技術(shù)的能力最近才被研究人員所證明，研究人員還報導了一個值得注意的結(jié)果：當銷軸直徑為2mm時，拉開結(jié)合的力約為700N。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，LIFTEC技術(shù)的結(jié)合過程中的精確度要求大幅降低，因此該技術(shù)有望在工業(yè)上獲得廣泛應用。此外，感應和超聲波加熱對材料的熱導率有限制，而使用激光輻射則沒有這種要求。研究人員表示， LIFTEC技術(shù)將有望在現(xiàn)有技術(shù)遇到困難的一些領域大顯身手。

目前演示的LIFTEC技術(shù)使用的是價格低廉的二極管激光器。由于該技術(shù)對所使用的激光輻照的光束質(zhì)量要求不高，所以光纖耦合二極管激光器肯定能用于該技術(shù)的工業(yè)化應用中。

為了進一步集成LIFTEC技術(shù)，ILT聲名卓著的工程學專用技術(shù)也開始嶄露頭角。研究人員Holtkamp說：“我們正在研究滿足這個特定加工工藝要求的機器。目前我們采用液壓設備，但是對加工工藝來說，液壓壓力太大并且不準確。新的機器將采用電力驅(qū)動，可以放置于桌面上，這意味著配鏡師在商店里就能使用該儀器將鏡片和鏡框瞬間結(jié)合在一起?！?

ILT已獲得了該技術(shù)的專利授權(quán)，并且已經(jīng)有工業(yè)界人士開始咨詢該技術(shù)。目前研究人員正致力于減少加熱時間，并研究工業(yè)應用中可能用到的各種各樣的結(jié)合力。 (end)