激光焊接織物促進生產(chǎn)率的提高

　　織物的接合通常利用縫合來實現(xiàn)?？p合是勞動密集性的加工過程，在世界上很多地區(qū)這都是一種不經(jīng)濟的生產(chǎn)方式。此外，縫合在織物上留下了孔，當要求接縫具有密閉性時，則其性能明顯受到了限制，同時這些孔也影響了接縫的強度。在找尋自動化加工手段時，許多公司考慮利用焊接或者粘合，尤其對于一些人造織物更是如此。激光焊接為生產(chǎn)過程自動化以及接縫性能的改善提供了可能。它的主要特點有：高焊接率，只連接表面被加熱而織品外部質(zhì)地未受影響，單面處理使得焊接過程可在其他織物層下進行，接縫柔韌性得到保持，使用機械手或者機架系統(tǒng)對激光器進行控制提供了通向自動化的途徑。

　　最近的項目集中在焊接加工技術的開發(fā)以及在一些主要應用領域的使用論證，這些領域包括了安全氣袋結構，床上用品，醫(yī)療用品，以及保護性衣物。接縫測試表明了這些接縫與使用縫合的相應接縫一樣牢固并且能夠符合應用中的性能要求。參與這個新方法研究的人員熱情不減，正進一步研究開發(fā)實現(xiàn)自動化的手段。在焊接過程中仍有一些困難，包括了織物的機械化定位以及焊接過程中彎曲表面的支撐問題。

　　目前，家居裝飾工業(yè)使用的是手動操作的縫紉機器以及專門的縫合機械，有些機械化程度很有限。通常使用兩種縫合方法 ：鎖縫以及包邊縫。傳統(tǒng)的鎖縫法的優(yōu)勢在于它易于產(chǎn)生強韌的接縫，接縫不易變形，受壓時不易斷裂。另一種方法，包邊縫法用于連接可去除/可拆卸的松散的外罩。使用這種外罩在醫(yī)護行業(yè)是很普遍的，比如，醫(yī)院，家居護理，或者護理院，因為它們必須要容易清洗，而對進一步控制傳染的要求也加強了這種需要。此外，對于織物，在醫(yī)護行業(yè)要求必須具有防水功能，加了包覆層的織物被廣泛使用，這些織物經(jīng)常是利用熱合熔接或者電介質(zhì)焊接。要將織物固定到木板或者板材家具時，通常使用縫合的方法。安全氣袋則一般會有縫合的接縫，或者使用專門的織機編織成一個整體。

　　不管材料是層疊還是單層的形態(tài)均可以使用激光來進行焊接并產(chǎn)生接縫，材料形態(tài)取決于所要的外觀和設計。用于紡織品的激光焊接過程是基于Clearweld工藝，使用專門的吸收紅外光的材料而不是碳黑來定位激光能量并轉(zhuǎn)化為熱能，在接點熔融材料，實現(xiàn)激光傳輸焊接。在原有的狀態(tài)下，熱塑性塑料，包括人造纖維對近紅外輻射能都是透明的。為了焊接織物，近紅外激光的輻射能必須在接點被吸收。這通過加上紅外吸收物質(zhì)即可實現(xiàn)，加入方法可通過向整個下層織物噴灑這些物質(zhì)，或者在接點形成薄層。傳統(tǒng)使用的寬光譜的吸收物質(zhì)，如碳黑，在接點上會產(chǎn)生顏色，這嚴重的限制了激光傳輸焊接在一些接點外觀很重要的場合的應用。而這在連接織物時的確是個問題。Clearweld被用于焊接干凈，有色，以及透明的塑料的，這些場合通常要求焊接后不可以產(chǎn)生別的不必要顏色。它是由TWI研究所發(fā)明，并且由Gentex公司實現(xiàn)商業(yè)化。
 
　　試驗表明紅外吸收物質(zhì)可以直接被噴在織物表面，或者被噴到聚合物薄膜上，再把它放置在兩片織物之間。織物必須放在平臺上，或者通過復雜的三維支架來放置。對織物之間進行初始定位后，并對激光操作系統(tǒng)進行定位后，就不需要其他夾具了。在更加復雜的應用中，仍然需要許多重要的工作來設計適用于各種形狀元件的可變夾具。今后還必須考慮到織物的張緊，對稱的裝飾，邊角的收皺，褶皺/褶子，以及多層織物的焊接等問題。

　　焊接的時候，需要對焊縫附近的織物施加壓力，加壓可以通過使用環(huán)形夾具，而夾具需避免壓住織物上覆蓋的透明薄膜。激光穿過環(huán)上的孔進行焊接。此外，還可以利用真空平臺來向織物加壓。

　　利用Clearweld工藝，可以使用各種的近紅外激光器來焊接，包括了直接二極管激光器或者光纖耦合二極管激光器，它們的典型工作波長為808 nm或者940nm，此外還包括Nd:YAG激光器，工作波長為1064nm，以及光纖激光器，工作波長在1050nm到1500nm。商業(yè)化的Clearweld吸收劑對于在800nm到1100nm波段范圍內(nèi)的焊接很有效。在940nm處的對激光輻射的吸收效率特別高。

　　因此，對于這項工作我們選擇了940nm波長的直接二極管激光器，其輸出功率范圍為150到600W，光束寬度為3-10mm。

　　激光器使用機架或者機械手來操作。在典型的機械手系統(tǒng)中，激光器被安裝到機械手上，在被復雜結構支撐的織物表面進行三維操作。如果使用的是直接二極管激光器，那么機械手上安置了整個激光器頭。如果使用光纖傳輸?shù)募す馄?，那么機械手只安裝了激光器的光學裝置。如果只是要求二維的焊接那么使用平臺機架就可以了。將織物水平放置在焊接處，在待焊的區(qū)域覆蓋一張薄膜，激光器下面附加的夾具對織物加壓，或者通過平臺式真空加壓。然后，沿著平臺移動激光器即可實現(xiàn)沿著焊接?？梢灶A見，不久將出現(xiàn)激光焊接織物的其他可選系統(tǒng)，雖然目前這些系統(tǒng)尚未真正完成。