由銩光纖激光器驅(qū)動(dòng)的透明塑料部件的連接技術(shù)不需要使用吸收材料，因?yàn)榧す獾牟ㄩL(zhǎng)與材料的自然吸收范圍一致。該工藝由德國(guó)弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所（Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT）的研究人員與工業(yè)伙伴合作開發(fā)，在醫(yī)療用微流控芯片方面有顯著應(yīng)用。
為期三年的SeQuLas項(xiàng)目已于今年年初成功完成，該項(xiàng)目專注于在透明塑料部件上只產(chǎn)生微小的焊縫。Fraunhofer-ILT解釋說(shuō)，這對(duì)傳統(tǒng)的連接技術(shù)來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的連接技術(shù)在微米范圍內(nèi)陷入了僵局，這是制造微流體器件的一個(gè)潛在障礙。
微流控芯片設(shè)計(jì)用于高效輸送、混合和過(guò)濾少量液體。這些設(shè)備使芯片上實(shí)驗(yàn)室技術(shù)成為可能，通過(guò)這種技術(shù)，通常基于微量血液進(jìn)行化學(xué)分析，以便早期發(fā)現(xiàn)疾病并對(duì)患者進(jìn)行監(jiān)測(cè)。Fraunhofer ILT指出，器件制造中的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是芯片中微通道的極其緊密的封裝。傳統(tǒng)的連接技術(shù)在微米范圍內(nèi)達(dá)到了極限。Fraunhofer ILT在其網(wǎng)站上的新聞稿中說(shuō)：“取而代之的是，無(wú)吸收體激光傳輸焊接——光束源在近紅外范圍內(nèi)——可以實(shí)現(xiàn)高精度和靈活性，使其成為理想的解決方案。”
根據(jù)《財(cái)富商業(yè)洞察》（Fortune Business Insights）的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)到2026年，全球微流控設(shè)備市場(chǎng)的價(jià)值將達(dá)到226億美元，而2019年至預(yù)測(cè)期內(nèi)的復(fù)合年增長(zhǎng)率僅略高于20%。
最初
Fraunhofer ILT于2017年與Amtron GmbH、Ortmann Digitaltechnik GmbH和Bartels Mikrotechnik GmbH合作，啟動(dòng)了SeQuLas項(xiàng)目。該項(xiàng)目由德國(guó)北萊茵-威斯特伐利亞州的一個(gè)區(qū)域開發(fā)機(jī)構(gòu)和歐洲區(qū)域發(fā)展基金提供資金。
SeQuLas是“分段準(zhǔn)同步激光輻照”的縮寫，它涉及使用發(fā)射波長(zhǎng)為1940nm的銩光纖激光器作為光束源。這是塑料的自然吸收范圍，無(wú)需添加吸收材料。因此，在激光加工過(guò)程中，芯片的透明度不受影響。然而，無(wú)吸收體激光傳輸焊接也帶來(lái)了自己的挑戰(zhàn)，而Fraunhofer ILT及其工業(yè)合作伙伴克服了這一挑戰(zhàn)。
Fraunhofer ILT解釋說(shuō)，體積吸收產(chǎn)生了一個(gè)熱影響區(qū)（HAZ），它垂直延伸到整個(gè)組件的橫截面上。熔化過(guò)程中的熱膨脹可能導(dǎo)致氣孔和裂紋的形成，從而導(dǎo)致焊縫結(jié)構(gòu)的泄漏。此外，它還可能導(dǎo)致材料變形，尤其是在加工扁平部件時(shí)。
研究人員發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)同步輻射可以用來(lái)減少熱影響區(qū)的垂直擴(kuò)展。在此過(guò)程中，激光束在掃描系統(tǒng)的幫助下沿焊縫輪廓高速移動(dòng)幾次。整個(gè)焊縫輪廓是同時(shí)加熱的，而不是像輪廓焊接時(shí)那樣依次加熱。在聚碳酸酯部件的試驗(yàn)中，Fraunhofer ILT證明了在焊接過(guò)程中，熱量在外表面散失，而在材料內(nèi)部積聚。與等高線焊接相比，該工藝可使熱影響區(qū)的垂直擴(kuò)展減小30%。
熱損傷的早期檢測(cè)
第二步，項(xiàng)目合作伙伴開發(fā)了激光焊接技術(shù)的過(guò)程控制。集成在束流路徑中的高溫計(jì)測(cè)量焊接過(guò)程中部件的溫度。通過(guò)將測(cè)量信號(hào)與掃描反射鏡的位置耦合，可以記錄焊接過(guò)程中部件的熱損傷并精確定位。因此，新開發(fā)的激光焊接工藝可以快速反應(yīng)，控制焊接過(guò)程中的溫度。Fraunhofer ILT說(shuō)，通過(guò)這種方式，可以確保沿焊縫輪廓的均勻焊縫屬性。
