激光焊接的原理及其在塑料熔接上的應用
激光焊接原理
利用激光把兩件塑料部件焊接，首先把部件夾緊在一起，然后以近紅外線激光NIR（波長810-1064nm），透射過第一個部件，然后被第二個部件吸收所，所吸收的近紅外線激光化為熱能，將兩個部件的接觸表面熔化，形成焊接區。這種焊接方法，能夠造出超過原材料強度的焊接縫。
激光焊接優點多
應用激光焊接熔接塑料部件，其優點包括：
·焊接縫尺寸精密、牢固、不透氣及不漏水
·在焊接過程中樹脂降解少、產生碎屑少。部件表面能夠嚴密地連接起來
·與其他熔接方法比較，大幅減少制品的振動應力和熱應力
·能夠將多種不同塑料焊接起來（其他焊接方法有較大限制）
·擅長焊接具有復雜外形（甚至是三維）的制品；能夠焊接其他方法不易達到的區域， 由于激光焊接具有上述優點，所以特別吸引那些尋求更清潔的方式來熔接復雜部件的加工商，例如含有線路板的塑料制品、醫療設備等。
多家公司相繼推出激光焊接設備
以往一段頗長時間，激光焊接未能在塑料的熔接上應用，這情況已逐漸改變，歐洲的Bielomatik、Leister、Branson等公司相繼推出專門用于塑料焊接的激光設備，而新型的塑料和添加劑，令彩色塑料制品的激光焊接成為可能。塑料供應商亦不斷改進現有配方，藉此優化塑料對激光的透射率或吸收率。各種因素配合下，令塑料制品的激光焊接工藝迅速發展。事實上，在某些應用中，激光焊接比超聲波焊接、振動焊接、熱平板焊接等工藝更具成本和性能方面的優勢。
激光焊接前景樂觀
Branson公司表示，由于激光焊接不會產生殘渣，因而適合應用于美國食品及藥物管理局（FDA）管制的醫藥制品，以及汽車制品和電子傳感器。Bielomatik公司亦認為這種焊接技術，大大減少制品的振動應力和熱應力，是焊接易損壞的制品（例如電子傳感器）的理想選擇。Leister公司則指出，其他的焊接方法難以將兩種在結構、較化點和填充物料等多種性質不同的聚合物接連、而激光焊接卻能應付自如。
Novolas焊接設備
Novolas生產線是Leister公司最新推出的設備。此生產線使用了高功率的二極管激光器，每個激光器的功率為25W或更高，提供以下型號的設備：
Novolas C型焊接機-這是一臺特形焊機，又是點焊機。它可以采用移動制品而固定激光點的焊接方法；又或者采用移動激光點而固定制品的焊接方法。其最大焊接面積為250×250mm，焊接幾何形狀時非常靈活，但缺點是焊接速度轉慢。
Novolas S型焊接機-該機使用[同步]焊接技術，原理是將激光束校準成一條直線或曲線，同一時間射結合處，光束和制品都不需移動。采用這種技術的優點是焊接速度快，但缺點是在焊接幾何形狀時受到限制。
Novolas M型焊接機該機使用[同步]掩膜焊接技術。Leister公司向客戶提供以照相平版印刷術制造的薄膜掩膜，用來掩蓋制品不需焊接的部分，固定的激光束只加熱制品上那些沒被掩遮的部份。這種技術的好處是解決了S型焊接機的焊接幾何尺寸所受到限制。再復雜的焊接形狀，例如圓形或螺旋形，均能使用這種方式。此技術能生成更細更精確的焊接縫（焊接縫只有0.1mm），而且焊接縫的寬度可以變化。雖然同步掩膜焊接所需的準備時間比特形焊接較長些，但在大批量生產時，成本效益更好。Novolas M系統特別適合醫藥設備的微型連接。
Laser-Tec Qslw系統
Bielomatik公司生產的Laser-Tec QSLW系統，采用一種被稱為[準同步]的焊接技術，使用輸出能量為70-250W的固態釔鋁石激光器及高速掃描鏡，可以使激光束每秒掃描全部接縫40次，生成的焊接只有0.1mm。這種激光系統現正應用于生產汽車的電子開門器。其他應用還包括汽車空氣進氣管上的傳動裝置和中控鎖、變速箱、安全氣囊、油壓傳感器和發動機傳感器等。如果將多臺Laser-Tec系統組合應用，更可焊接車輛的駕駛艙、壓力容器、大型的集成傳感器等。
IRAM激光焊接裝置
Branson公司生產的IRAM激光焊接裝置，包括：同步型及特形型兩個系列。每系列可提供三種規格的激光焊接裝置：小功率（150-450W）、中功率（600-900W）、大功率（900-1，350W）。
Herfurth公司的高能激光器
英國Herfurth公司生產的高能激光器，功率在250-1，000W之間。由于采用了高能量的激光。令焊縫強度非常高，能處理那些對激光透射率低，很難焊接的材料及顏色種類。例如把聚丙烯（PP）和玻璃纖維增強的縮醛塑料兩種材料焊接，或用于將聚酯和聚丙烯制造的薄膜，與管道及連接器焊接起來，制品成醫藥上的流體輸送系統。
配合激光焊接的材料
為配合激光焊接的發展，塑料生產商均積極研究能夠配合激光焊接的材料。杜邦公司指出，聚合物對近紅外線激光的透射率至少達到20-50%，才能獲得優良的焊接效果，而絕大多數的本色塑料和很多有色的半透明塑料都達到此透光率要求。換句話說，絕大部分塑料都能夠被激光焊接。另一方面，塑料對近紅外線激光的吸收率亦是影響焊接效果的重要因素，而大多數熱塑性塑料加入適量的碳黑后，就可以大幅提高其對激光的吸收率。但激光焊接對一些材料而言，還存在一定的局限性。其中的典型例子是PPS和LCP等塑料，由于對近紅外線激光的透射率很低，若光兩種材料都填充炭黑時，由于兩者都是黑色，激光無法穿透，所以不能以激光焊接。相反，若兩種材料都屬于透明或者白色，近紅外線激光都能透射過，引致對近紅外線激光的吸收低，此情況下，也不能用激光來焊接。此外，許多礦物填充的化合物，都不適宜用激光來焊接。這些局限性，造成了激光焊接應用于塑料接連上的很大障礙。
新物料有助改善激光透射率及吸收率
為改善聚合物的激光透射率和吸收率，不少塑料生產商進行研究，現時已解決了不少技術障礙。例如BASF公司推出了能透過激光的黑色原料Ultramid A3WG6LT（用于尼龍66）和Ultramid B4300g6LT（用于PBT）。這種采用了新染料的材料，雖然呈黑色，但保持了很高的近紅外線激光透射率，因而實現了將兩種黑色制品進行激光焊接。杜邦公司亦推出一種黑色的縮醛塑料，其近紅外線激光透射率達到38%；一種30%玻璃增強的黑色尼龍6材料，其近紅外線激光透射率達25-55%。
Clearweld原料消除對碳黑的依賴
Gentex公司Clearweld新工藝的開發，目的是消除在近紅外線激光吸收方面對碳黑的依賴，從而拓寬可進行激光焊接的顏色范圍，令透明制品、色彩輕淡的制品，甚至各種顏色的不透明制品，都可進行激光焊接。
Clearweld原料（凈焊材料）無色，能吸收大多數商用二極管激光器發射的近紅外線激光。如要處理兩種對近紅外線激光都透射的材料，可在其接觸界面上放上一層很薄的Clearweld凈焊材料，然后再進行激光焊接。凈焊材料可通過工業上的噴墨打印機或噴射系統噴到接合面處。Gentex公司正在開發Clearweld材料的其他形式，包括薄膜和復合材料，很快便會推出市場。
RTP公司最近亦開發了一種合金化技術，和擁有玻璃纖維、顏色和其他添加劑的選擇技術。這些技術可以促使激光焊接的樹脂，如ABS、SAN、PP等的近紅外線激光透射率和吸收率達到最優化。