توفر أجهزة الليزر النبضي فائقة القصر جنبًا إلى جنب مع تقنية التركيز الذاتي الرائعة الجودة وموثوقية العملية المطلوبة لجعل تطبيقات لحام الزجاج بالليزر ممكنة الإنتاج. الخصائص الفريدة والممتازة للزجاج تجعله مستخدمًا على نطاق واسع في العديد من المنتجات عالية التقنية في مجالات مختلفة مثل الطب الحيوي والإلكترونيات الدقيقة. لكنها تشكل تحديات للمصنعين ، لا سيما في مجال قطع الزجاج بدقة عالية الحجم. كما أنه يمثل صعوبات في الترابط ، بما في ذلك لحام مكونات الزجاج الفردية معًا ولحام الزجاج بمواد أخرى مثل المعادن وأشباه الموصلات.
مزج واحد
تكافح جميع الطرق التقليدية المستخدمة في لحام الزجاج لتوفير الدقة وجودة الترابط وسرعة الإنتاج المطلوبة لإنتاج سلسلة اقتصادية وفعالة. يعتبر الترابط اللاصق ، على سبيل المثال ، طريقة اقتصادية ، ولكنه يترك مادة لاصقة من الجزء وحتى يتطلب تفريغ الغاز.
يتضمن اللحام العازل وضع مادة مسحوقة عند نقطة التلامس وذوبانها لإكمال الرابطة. سواء تم هذا الذوبان عن طريق الفرن أو الليزر ، فهناك الكثير من الحرارة التي يتم ضخها في الجزء. هذه مشكلة للأجهزة الإلكترونية الدقيقة والعديد من الأجهزة الطبية.
الرابطة الأيونية هي طريقة بارعة توفر قوة رابطة عالية للغاية. يتم ضغط سطحين زجاجيين جديدين ومسطحين للغاية معًا ودمجهما معًا عن طريق الترابط الجزيئي. ومع ذلك ، ليس من العملي إجراء هذه العملية في بيئة إنتاج.
لحام الزجاج بالليزر
ماذا عن اللحام بالليزر؟ يحتوي الزجاج على العديد من الخصائص المفيدة جدًا ، مثل درجة الانصهار العالية جدًا والشفافية والهشاشة والصلابة الميكانيكية ، ولكنه في نفس الوقت يمثل العديد من الصعوبات للحام بالليزر. لذلك ، فإن الليزر الصناعي النموذجي والطرق المستخدمة في لحام المعادن والمواد الأخرى لا تنطبق على الزجاج.
تمامًا مثل قطع الزجاج الدقيق ، يكمن السر في استخدام أشعة الليزر ذات النبضات القصيرة جدًا (USP) ذات الطول الموجي بالأشعة تحت الحمراء. يكون الزجاج شفافًا في الأشعة تحت الحمراء ، لذلك يمكن لشعاع الليزر المركز أن يمر عبره مباشرة حتى يضيق الشعاع المركّز ويصبح مركّزًا لدرجة أنه يؤدي إلى "امتصاص غير خطي". لا يمكن أن يحدث هذا "الامتصاص غير الخطي" إلا مع الليزر النبضي شديد القصر مع طاقة ذروة عالية ، ولا يمكن فعل الشيء نفسه مع أنواع الليزر الأخرى.
لذلك ، في منطقة صغيرة جدًا (عادة ما يكون قطرها أقل من بضع عشرات من الميكرونات) حول بؤرة شعاع الليزر ، يمتص الزجاج الليزر ويذوب بسرعة. يتم فحص هذه الحزمة المركزة على طول مسار اللحام المطلوب لإكمال الترابط ، تمامًا مثل أي شكل آخر من أشكال اللحام بالليزر.
توفر طريقة لحام الزجاج بالليزر USP ثلاث مزايا رئيسية.
أولاً ، تخلق رابطة قوية حيث يتم صهر كلتا المادتين اللتين يتم لحامهما جزئيًا ثم يتم ترسيخهما معًا لتشكيل اللحام. علاوة على ذلك ، فإن العملية مناسبة أيضًا لربط الزجاج بالزجاج والزجاج بالمعدن والزجاج بأشباه الموصلات.
ثانيًا ، في هذه العملية ، لا تدخل سوى كمية صغيرة جدًا من الحرارة إلى الجزء ، والذي يتم إنشاؤه في منطقة لا يزيد عرضها عن بضع مئات من الميكرونات على الأكثر ، مما يسمح بوضع مفاصل اللحام بالقرب من الدوائر الإلكترونية أو غيرها من المكونات الحساسة حراريًا ، والتي يوفر مزيدًا من الحرية للمصممين والمصنعين ويدعم تصميمات أفضل لتصغير المنتجات.
أخيرًا ، إذا تم إجراء لحام الزجاج بالليزر USP بشكل صحيح ، فلن يتم إنشاء تشققات دقيقة حول اللحام ، وتقلل الشقوق الدقيقة من القوة الميكانيكية للزجاج ، بالإضافة إلى ذلك ، بعد دورة درجة الحرارة (وهو أمر لا مفر منه لكل شيء) ، الشقوق الدقيقة يمكن أن يكون مصدر فشل المعدات في نهاية المطاف.
وضع لحام الزجاج بالليزر USP في العمل
تنبع مزايا اللحام الزجاجي بالليزر USP من حقيقة أن الزجاج يتم تسخينه بحجم صغير فقط. ومع ذلك ، فإن هذا يمثل أيضًا تحديًا في الممارسة العملية ، وهذا يعني أن موضع تركيز الليزر يجب أن يظل دقيقًا للغاية عند الواجهة بين المكونين الملحومين ، حتى لو تحرك الجزء. يصعب تحقيق ذلك لأن مكونات العالم الحقيقي ليست مسطحة تمامًا. بالإضافة إلى ذلك ، قد لا يكون الوضع الذي يتم فيه وضع الأجزاء في نظام اللحام مناسبًا تمامًا.
يتمثل أحد الحلول في استخدام نقطة محورية ممدودة محوريًا. هذا "يمتد" حجم النقطة المحورية لشعاع الليزر لحل مشكلة حساسية الموضع. ومع ذلك ، فإن عيب هذه الطريقة هو أن تركيز الحزمة الممدودة يخلق تجمعًا ذائبًا في الزجاج مع مقطع عرضي غير دائري. عندما يتصلب الزجاج في منطقة الانصهار ، فمن المرجح أن يشكل البركة غير الدائرية شقوقًا دقيقة.
تم اعتماد طريقة أخرى لتحقيق نتائج لحام خالية من التشققات الدقيقة واستيعاب التغييرات الكبيرة في مسافات الواجهة في العملية في نفس الوقت. يكمن السر في الجمع بين تقنية التركيز الديناميكي للغاية ، باستخدام بصريات ذات فتحة رقمية عالية (NA) لإنتاج بقعة بؤرية صغيرة.
نتيجة لذلك ، يحقق نظام الليزر كروية عالية لحوض الذوبان وبالتالي يتجنب التكسير الدقيق. كما أنه يستشعر مسافة الواجهة ويقوم بضبط البصريات باستمرار بحيث يتم الحفاظ على التركيز المثالي دائمًا.
والنتيجة هي لحام عالي الجودة على أي شكل تقريبًا للجزء ، وتكون العملية مستقلة عن التفاوتات وموضع الجزء.
