Svařování pomocí laseru je moderním způsobem spojování plastových materiálů s mnoha výhodami. Pokud ho navíc spojíme s výstupní kontrolou pomocí termovizní kamery, dostaneme silný nástroj vhodný pro inovaci, zkvalitnění a zrychlení průmyslové výroby. Pro laserové svařování plastů se nejčastěji používá metoda transmisního svařování (obr. 1), kde jsou dva plastové díly položeny na sobě a svar je prováděn mezi nimi. Materiál horního dílu musí být proto opticky propustný pro laserové světlo. Laserový paprsek je přesně zaměřen na určené místo, prochází horním dílem a je absorbován na povrchu spodního dílu. Horní díl je pomocí pneumatického systému přitlačován ke spodnímu dílu a ohřívá se od něj. Když se roztaví povrch spodního dílu, nataví se i spodek horního dílu, a tím může vzniknout svar. Po ztuhnutí a odlehčení přítlaku tak zůstane materiál svařený v místech přejezdu laserového svazku. Takto vzniklý svar je pevný, kvalitní a navíc je možné svařovat i plasty vyztužené skelnými vlákny. Laserový proces je rychlý, přesný a při běžném provozu nezanechává stopy na povrchu materiálu. Během několika sekund tak získáte pevný vodotěsný svar, který už nemusíte nijak upravovat. V poslední době se s výhodou začíná používat nová varianta laserového svařování plastů, a to kvazi-simultánní transmisní laserové svařování, které využívá tzv. skenovací hlavu. Ta obsahuje dvě natáčecí zrcátka, která umožňují velmi rychle směrovat laserový svazek na určené místo a pohybovat tak laserovým paprskem po povrchu materiálu rychlostí až několik metrů za sekundu s rychlými změnami směru pohybu. Použití skenovací hlavy tak umožňuje objet trajektorii svaru (obr. 1) laserovým paprskem mnohokrát za dobu procesu svařování, a tím ohřívat materiál na všech potřebných místech současně. Tento proces dosahuje ještě kvalitnějších svarů než dřívější způsob konturového transmisního laserového svařování, kde laserová technologická hlava objížděla postupně konturu svaru pouze jednou. Při kvazi-simultánním procesu dosáhneme hlubšího protavení materiálu s výrazným zlepšením svaru pro prohnuté a křivé díly. Navíc doba svařování je ještě kratší. Po svaření dílu je možné ihned zjistit, jak kvalitně je svar proveden, jestli v některých místech nechybí nebo jestli například nedošlo k procesní chybě a svar není vytvořen vůbec. K získání těchto a dalších informací slouží termovizní kontrola procesu laserového svařování plastů. Základem je termovizní kamera citlivá na infračervené světlo. Všechna tělesa vyzařují tepelné záření. Toto záření závisí na teplotě tělesa, se vzrůstající teplotou roste jeho intenzita a snižuje se vlnová délka maxima vyzařování. Při teplotách dosažených při svařování plastů je záření hlavně ve střední oblasti infračerveného záření. Proto je výhodné použít infračervenou kameru a kontrolovat výsledek procesu svařování přímo na konci procesu. Získáme tak ihned po svaření informace umožňující vyřadit špatně svařený díl, případně upozornit obsluhu na rozsáhlejší problém. Pro termovizní kontrolu používáme a dále vyvíjíme vlastní software (obr. 2). Po kalibraci a nastavení parametrů kontroly software umožňuje automatické vyhodnocení svaru dobrý/ špatný a poslání této informace řídicímu softwaru v lince. Dále pro případnou manuální kontrolu (i zpětně) software umožňuje zobrazení termovizního snímku a grafu teplot podél svaru se zvýrazněním nesvařeného nebo přepáleného místa. Uvedený způsob laserového svařování plastů s termovizní kontrolou byl vyvinut u nás ve výzkumném centru Nové technologie na Západočeské univerzitě v Plzni a je předmětem patentové ochrany. Následně byla tato technologie dotažena do průmyslové realizace a stroje s naší technologií již pracují ve výrobních linkách v Česku i v zahraničí. Pro podporu již instalovaných technologií a vývoj nových aplikací probíhá u nás ve výzkumném centru další vývoj uvedených metod. Máme k tomu k dispozici lasery různých typů a výkonů, skenovací hlavy a termovizní kamery s objektivy pro různě velké díly a pro různé požadavky na rychlost skenování. Zpracování prototypů a ověření technologických postupů probíhá na víceúčelovém systému vybaveném vedle laseru průmyslovým robotem a přítlačným mechanismem s výměnnou maskou (obr. 3). Průmyslovým společnostem naše výzkumné centrum nabízí návrh techniky i technologie, zpracování prototypových vzorků a ve spolupráci s partnery pak dodávku celého stroje. Návrh techniky probíhá podle konkrétních požadavků výroby a vlastností dílu. Výstupem je nejvhodnější typ laseru, skenovací hlavy, objektivu a termovizní kamery včetně konstrukce přítlačné masky. Výstupem technologických prací je pak svaření prototypových vzorků s různými parametry procesu a stanovení optimálních procesních parametrů pro výrobu. Přijďte navštívit naše laboratoře a inspirujte se pro inovaci vaší výroby.
