激光焊接織物促進(jìn)生產(chǎn)率的提高

　　織物的接合通常利用縫合來實(shí)現(xiàn)。縫合是勞動(dòng)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(jì)的生產(chǎn)方式。此外，縫合在織物上留下了孔，當(dāng)要求接縫具有密閉性時(shí)，則其性能明顯受到了限制，同時(shí)這些孔也影響了接縫的強(qiáng)度。在找尋自動(dòng)化加工手段時(shí)，許多公司考慮利用焊接或者粘合，尤其對(duì)于一些人造織物更是如此。激光焊接為生產(chǎn)過程自動(dòng)化以及接縫性能的改善提供了可能。它的主要特點(diǎn)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(jìn)行，接縫柔韌性得到保持，使用機(jī)械手或者機(jī)架系統(tǒng)對(duì)激光器進(jìn)行控制提供了通向自動(dòng)化的途徑。

　　最近的項(xiàng)目集中在焊接加工技術(shù)的開發(fā)以及在一些主要應(yīng)用領(lǐng)域的使用論證，這些領(lǐng)域包括了安全氣袋結(jié)構(gòu)，床上用品，醫(yī)療用品，以及保護(hù)性衣物。接縫測(cè)試表明了這些接縫與使用縫合的相應(yīng)接縫一樣牢固并且能夠符合應(yīng)用中的性能要求。參與這個(gè)新方法研究的人員熱情不減，正進(jìn)一步研究開發(fā)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的手段。在焊接過程中仍有一些困難，包括了織物的機(jī)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(dòng)操作的縫紉機(jī)器以及專門的縫合機(jī)械，有些機(jī)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(shì)在于它易于產(chǎn)生強(qiáng)韌的接縫，接縫不易變形，受壓時(shí)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(hù)行業(yè)是很普遍的，比如，醫(yī)院，家居護(hù)理，或者護(hù)理院，因?yàn)樗鼈儽仨氁菀浊逑矗鴮?duì)進(jìn)一步控制傳染的要求也加強(qiáng)了這種需要。此外，對(duì)于織物，在醫(yī)護(hù)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(shí)，通常使用縫合的方法。安全氣袋則一般會(huì)有縫合的接縫，或者使用專門的織機(jī)編織成一個(gè)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(jìn)行焊接并產(chǎn)生接縫，材料形態(tài)取決于所要的外觀和設(shè)計(jì)。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(diǎn)熔融材料，實(shí)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(duì)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(diǎn)被吸收。這通過加上紅外吸收物質(zhì)即可實(shí)現(xiàn)，加入方法可通過向整個(gè)下層織物噴灑這些物質(zhì)，或者在接點(diǎn)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(diǎn)上會(huì)產(chǎn)生顏色，這嚴(yán)重的限制了激光傳輸焊接在一些接點(diǎn)外觀很重要的場(chǎng)合的應(yīng)用。而這在連接織物時(shí)的確是個(gè)問題。Clearweld被用于焊接干凈，有色，以及透明的塑料的，這些場(chǎng)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(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
 
　　試驗(yàn)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?？椢锉仨毞旁谄脚_(tái)上，或者通過復(fù)雜的三維支架來放置。對(duì)織物之間進(jìn)行初始定位后，并對(duì)激光操作系統(tǒng)進(jìn)行定位后，就不需要其他夾具了。在更加復(fù)雜的應(yīng)用中，仍然需要許多重要的工作來設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)候，需要對(duì)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(jìn)行焊接。此外，還可以利用真空平臺(tái)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(zhǎng)為808 nm或者940nm，此外還包括Nd:YAG激光器，工作波長(zhǎng)為1064nm，以及光纖激光器，工作波長(zhǎng)在1050nm到1500nm。商業(yè)化的Clearweld吸收劑對(duì)于在800nm到1100nm波段范圍內(nèi)的焊接很有效。在940nm處的對(duì)激光輻射的吸收效率特別高。

　　因此，對(duì)于這項(xiàng)工作我們選擇了940nm波長(zhǎng)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(jī)架或者機(jī)械手來操作。在典型的機(jī)械手系統(tǒng)中，激光器被安裝到機(jī)械手上，在被復(fù)雜結(jié)構(gòu)支撐的織物表面進(jìn)行三維操作。如果使用的是直接二極管激光器，那么機(jī)械手上安置了整個(gè)激光器頭。如果使用光纖傳輸?shù)募す馄鳎敲礄C(jī)械手只安裝了激光器的光學(xué)裝置。如果只是要求二維的焊接那么使用平臺(tái)機(jī)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(duì)織物加壓，或者通過平臺(tái)式真空加壓。然后，沿著平臺(tái)移動(dòng)激光器即可實(shí)現(xiàn)沿著焊接?？梢灶A(yù)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。