توفر أشعة الليزر النبضية القصيرة جدًا جنبًا إلى جنب مع تقنية التركيز الذاتي المتطورة الجودة وموثوقية العملية المطلوبة لتمكين استخدام لحام الزجاج بالليزر في الإنتاج المتسلسل. الخصائص الفريدة والممتازة للزجاج تجعله يستخدم على نطاق واسع في العديد من المنتجات عالية التقنية في مجالات مختلفة مثل الطب الحيوي والالكترونيات الدقيقة. لقد وصفنا سابقًا التحديات التي تواجهها الشركات المصنعة، خاصة في مجال قطع الزجاج عالي الدقة والكميات الكبيرة. كما أنها تمثل صعوبات في الربط، بما في ذلك لحام مكونات الزجاج الفردية معًا ولحام الزجاج بمواد أخرى مثل المعادن وأشباه الموصلات.
اندماج
تكافح جميع الطرق التقليدية لحام الزجاج لتوفير الدقة وجودة الربط وسرعة الإنتاج المطلوبة لإنتاج كميات كبيرة من حيث التكلفة. على سبيل المثال، يعد الربط اللاصق طريقة اقتصادية، ولكنه يترك مادة لاصقة على الجزء ويتطلب أيضًا تفريغ الغاز.
يتضمن اللحام العازل وضع مادة مسحوقية عند نقطة اتصال ثم صهرها لإكمال الترابط. سواء تم تحقيق هذا الذوبان من خلال الفرن أو الليزر، يتم ضخ الكثير من الحرارة إلى الجزء. هذه مشكلة للإلكترونيات الدقيقة والعديد من الأجهزة الطبية.
الترابط الأيوني هو طريقة بارعة توفر قوة ترابط عالية للغاية. يتم ضغط سطحين زجاجيين جديدين ومسطحين للغاية معًا ويتم دمجهما معًا بواسطة روابط جزيئية. ومع ذلك، ليس من الواقعي القيام بذلك في بيئة الإنتاج.
لحام الزجاج بالليزر
إذن، ماذا عن اللحام بالليزر؟ يتمتع الزجاج بالعديد من الخصائص المفيدة جدًا، مثل نقطة الانصهار العالية جدًا، والشفافية، والهشاشة، والصلابة الميكانيكية، ولكنه أيضًا يسبب العديد من الصعوبات في اللحام بالليزر. ولذلك، فإن الليزر الصناعي التقليدي والأساليب المستخدمة في لحام المعادن والمواد الأخرى ليست مناسبة للزجاج.
تمامًا مثل قطع الزجاج الدقيق، يكمن السر في استخدام أشعة الليزر ذات الطول الموجي القصير للغاية (USP) بالأشعة تحت الحمراء. الزجاج شفاف في الأشعة تحت الحمراء، لذلك يمكن لشعاع الليزر المركز أن يمر مباشرة من خلاله حتى يضيق الشعاع المركز ويصبح شديد التركيز لدرجة أنه يؤدي إلى "امتصاص غير خطي". يحدث هذا "الامتصاص غير الخطي" فقط في أجهزة الليزر النبضية القصيرة جدًا ذات القدرة القصوى، ولا يمكن استخدام أنواع أخرى من الليزر لإنجاز نفس الشيء.
لذلك، في منطقة صغيرة جدًا حول بؤرة شعاع الليزر (قطرها عادةً أقل من بضع عشرات من الميكرونات)، يمتص الزجاج ضوء الليزر ويذوب بسرعة. يتم مسح هذا الشعاع المركز على طول مسار اللحام المطلوب لإكمال الترابط، تمامًا مثل الأشكال الأخرى من اللحام بالليزر.
تتميز طريقة لحام الزجاج بالليزر USP بثلاث مزايا رئيسية
أولاً، يخلق رابطة قوية لأن كلتا المادتين اللتين يتم لحامهما تذوبان جزئيًا ثم تتصلب معًا لتشكل اللحام. علاوة على ذلك، فإن هذه العملية مناسبة أيضًا لربط الزجاج بالزجاج، والزجاج بالمعادن، والزجاج بأشباه الموصلات.
ثانيًا، في هذه العملية، تدخل حرارة قليلة جدًا إلى الجزء، ويتم توليد هذه الحرارة في منطقة لا يزيد عرضها عن بضع مئات من الميكرونات. وهذا يسمح بوضع اللحامات بالقرب من الدوائر الإلكترونية أو غيرها من المكونات الحساسة للحرارة، مما يمنح المصممين والمصنعين حرية أكبر ويتيح تصغير المنتج بشكل أفضل.
أخيرًا، إذا تم تنفيذ لحام الزجاج بالليزر USP بشكل صحيح، فلن تكون هناك شقوق صغيرة حول اللحام. الشقوق الصغيرة تقلل من القوة الميكانيكية للزجاج. بالإضافة إلى ذلك، بعد تغير دورة درجة الحرارة (وهو أمر لا مفر منه لكل شيء)، يمكن أن تصبح الشقوق الصغيرة مصدر الفشل النهائي للجهاز.
تتمثل ميزة لحام الزجاج بالليزر USP في أنه يتم تسخين الزجاج بكمية صغيرة فقط. ولكنه يطرح أيضًا تحديات عملية. وهذا يعني أنه حتى لو تحرك الجزء، يجب الحفاظ على موضع تركيز الليزر بدقة شديدة عند السطح البيني بين المكونين الملحومين. ونظرًا لأن أجزاء العالم الحقيقي ليست مسطحة تمامًا، فمن الصعب تحقيق ذلك. بالإضافة إلى ذلك، قد لا يكون وضع الأجزاء في نظام اللحام مناسبًا تمامًا.
أحد الحلول هو استخدام التركيز ممدود محوريا. يؤدي هذا إلى "تمديد" حجم تركيز شعاع الليزر لمعالجة حساسية الموضع. ومع ذلك، فإن عيب هذه الطريقة هو أن تركيز الشعاع المطول يخلق تجمعًا منصهرًا في الزجاج بمقطع عرضي غير دائري. عندما يتصلب الزجاج في منطقة الانصهار، فمن المرجح أن يشكل المجمع المنصهر غير الدائري شقوقًا صغيرة.
الطريقة الأخرى يمكن أن تحقق تأثير اللحام بدون شقوق صغيرة، ويمكن أن تتكيف مع التغيير الكبير في مسافة الواجهة في العملية. السر هو أنه، جنبًا إلى جنب مع تقنية التركيز الديناميكي العالي، يتم استخدام البصريات ذات الفتحة الرقمية العالية (NA) لإنتاج نقاط بؤرية صغيرة.
بهذه الطريقة، يحقق نظام الليزر كروية عالية للمسبح المنصهر، وبالتالي تجنب الشقوق الصغيرة. كما أنه يستشعر مسافة الواجهة ويقوم بضبط البصريات باستمرار لتبقى دائمًا في التركيز المثالي. والنتيجة هي أن اللحام عالي الجودة مضمون لأي شكل من الأجزاء تقريبًا، ولا تتأثر العملية بتفاوت الأجزاء وموقعها.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. هي مؤسسة ذات تقنية عالية متخصصة في البحث والتطوير وتصنيع وبيع آلة الكسوة بالليزر الأوتوماتيكية وآلة الكسوة بالليزر عالية السرعة وآلة التبريد بالليزر وآلة اللحام بالليزر ومعدات الطباعة بالليزر ثلاثية الأبعاد. منتجاتنا فعالة من حيث التكلفة وتباع محليًا وخارجيًا. إذا كنت مهتمًا بمنتجاتنا، فيرجى الاتصال بنا على bob@gshenglaser.com.