CN110774515B - 一种顺序焊接制造厚壁透明塑料制件的方法 - Google Patents

一种顺序焊接制造厚壁透明塑料制件的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110774515B
CN110774515B CN201910949736.6A CN201910949736A CN110774515B CN 110774515 B CN110774515 B CN 110774515B CN 201910949736 A CN201910949736 A CN 201910949736A CN 110774515 B CN110774515 B CN 110774515B
Authority
CN
China
Prior art keywords
welding
thick
transparent plastic
contact surfaces
parts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910949736.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110774515A (zh
Inventor
周华民
周晓伟
张云
郭飞
邓天正雄
黄志高
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201910949736.6A priority Critical patent/CN110774515B/zh
Publication of CN110774515A publication Critical patent/CN110774515A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110774515B publication Critical patent/CN110774515B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/0053—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor combined with a final operation, e.g. shaping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
    • B29C65/16—Laser beams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C71/00—After-treatment of articles without altering their shape; Apparatus therefor
    • B29C71/02—Thermal after-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C71/00—After-treatment of articles without altering their shape; Apparatus therefor
    • B29C71/02—Thermal after-treatment
    • B29C2071/022—Annealing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2011/00—Optical elements, e.g. lenses, prisms

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明属于塑料焊接技术领域，并具体公开了一种顺序焊接制造厚壁透明塑料制件的方法，其包括如下步骤：首先将厚壁透明塑料待制件分层为数层，通过注射成形分别得到各层制件，将各层制件依次固定在一起并进行预压；然后对各层制件的中间层接触面进行激光焊接，再从靠近中间层接触面的两侧接触面开始依次向外侧接触面进行激光焊接，直至完成对各层制件所有接触面的焊接，从而得到厚壁透明塑料制件。本发明方法结合了注射成形和激光塑料焊接技术的优势，通过先分层成形再焊接的方式实现了各类厚壁透明塑料制件的制造，克服了传统注射成形对制件厚度的限制，为厚壁透明塑料件，特别是非平板件的制造提供了可行方法。

Description

一种顺序焊接制造厚壁透明塑料制件的方法
技术领域
本发明属于塑料焊接技术领域，更具体地，涉及一种顺序焊接制造厚壁透明塑料制件的方法。
背景技术
随着制造业的发展，塑料透明件特别是厚壁塑料透明件在各个行业中得到越来越广泛的应用，透明塑料件以PC和PMMA材料最为常见。在传统注塑成型中，超过10mm的塑料制品称为厚壁制件，收缩、真空泡、凹坑和熔接痕等缺陷是厚壁注塑件中存在的主要问题。
嵌件注射成形是制造厚壁塑料制件常用的方法，其通过异种材料叠加成形，制件可具有多重优异性能；但该工艺复杂、模具成本高、制件翘曲值大、残余应力高。
激光焊接技术是借助激光束产生的热量使塑料接触面熔化，进而将热塑性片材、薄膜或模塑零部件粘结在一起的技术，传统意义的焊接上层为激光穿透材料，下层为吸收激光材料。现有的透明塑料焊接及多层塑料焊接方法主要如下：专利CN201810278796透明塑料焊接方法，提供了一种采用特定波长焊接相同透明材料的方法，将两层透明塑料叠放加压，波长为1700-2000nm聚焦至接合面，完成焊接；专利CN201611247943多层塑料的多波长激光焊接方法，提供了一种将多波长合束，借助于多层塑料波长吸收的选择性，实现多层塑料同时熔合；专利CN201811276328激光焊接塑料的方法及塑料制品，提供了激光焊接塑料的方法，通过波长为1940nm的中红外掺铥光纤激光器以及振镜，以及导热盖板完成激光焊接；专利CN201810739523一种多层塑料片材的超声波焊接方法，提供了一种采用超声波进行多层塑料的熔接技术。但以上这些现有技术只提供了透明塑料层间焊接的激光或超声波焊接方法，并不适用于厚壁塑料制件及非平板件的焊接。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种顺序焊接制造厚壁透明塑料制件的方法及装置，其目的在于，将厚壁待制件分层为数层，通过注射成形分别得到各层制件，然后将各层制件从内向外进行激光焊接从而得到厚壁制件，克服了传统注射成形制件厚度的限制，为厚壁透明塑料件及非平板件制造提供了可行性强的方法。
为实现上述目的，本发明提出了一种顺序焊接制造厚壁透明塑料制件的方法，包括如下步骤：
S1将厚壁透明塑料待制件分层为数层，通过注射成形分别得到各层制件，将各层制件依次固定在一起并进行预压；
S2对各层制件的中间层接触面进行激光焊接，然后从靠近中间层接触面的两侧接触面开始依次向外侧接触面进行激光焊接，直至完成对各层制件所有接触面的焊接，从而得到厚壁透明塑料制件。
作为进一步优选的，还包括如下步骤：S3在比厚壁透明塑料制件材料热变形温度低25～35℃的温度下对厚壁透明塑料制件进行退火处理，完成厚壁透明塑料制件的制造。
作为进一步优选的，所述S1中优选将厚壁透明塑料待制件分层为偶数层。
作为进一步优选的，所述各层制件中每层的厚度为8～18mm。
作为进一步优选的，所述S1中采用透明石英玻璃对固定在一起的各层制件进行预压。
作为进一步优选的，所述S1中预压压力为20～500N。
作为进一步优选的，所述S1中完成预压后预热各层制件至60～120℃。
作为进一步优选的，对各层制件接触面进行激光焊接时，焊接速度为1～200mm/s，激光功率为5～100W，光斑直径为0.2～3mm。
作为进一步优选的，各层制件接触面的形状为平面、球面、非球面、复杂异形面。
作为进一步优选的，各层制件的材料为同种或异种塑料。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明方法结合注射成形和激光塑料焊接技术的优势，通过先分层成形然后焊接的方式实现了各类大型超厚透明制件的制造，克服了传统注射成形制件厚度的限制，为厚壁透明塑料件，特别是非平板件的制造提供了可行性强的方法。
2.本发明方法从各层制件的中间层接触面开始由内而外对称焊接，可控制接触面焊接热影响区，保证制件上下累积热量对称，有利于降低制件翘曲值，可稳定高效成形大型超厚透明制件。
3.本发明方法通过对厚壁制件进行退火，并控制退火温度以免导致制件变形，在退火结束时空冷至室温后取出，可以降低透明制件翘曲值及内部残余应力。
4.本发明方法通过透明石英玻璃预压制件，透明石英玻璃一方面利于激光穿透，另一方面利于散热；并在焊接前预热制件，可有效降低激光功率、减低热影响区影响，改善制件接触面光学与力学性能。
5.本发明方法采用激光三维扫描聚焦塑料焊接技术，在焊接过程中无需中间层添加剂，通过对特定波长激光的穿透和吸收特性即可实现，且激光焊接热影响区温度较高，可焊接异种材料，为制件提供多方面结合的优秀性能。
附图说明
图1是本发明实施例顺序焊接制造厚壁透明塑料制件的方法流程图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-一层制件，2-二层制件，3-三层制件，4-四层制件，5-透明石英玻璃一，6-透明石英玻璃二。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例提供的一种顺序焊接制造厚壁透明塑料制件的方法，包括如下步骤：
S1将厚壁透明塑料待制件分层为数层较薄的可供注射成形的待制件，并通过注射成形分别得到各层制件；将各层制件依次对齐安装在工装上并固定，通过透明石英玻璃在其上下层进行预压，然后对各层制件进行预热；
S2采用激光三维扫描系统聚焦于各层制件的中间层接触面，对中间层接触面进行焊接，中间层接触面在预压力和激光作用下接触熔合；然后从靠近中间层接触面的两侧接触面开始依次向外侧接触面进行激光焊接，直至完成对各层制件所有接触面的焊接，焊接完成后保压，从而得到厚壁透明塑料制件；
S3焊接冷却后取出厚壁透明塑料制件，在比厚壁透明塑料制件材料热变形温度低25～35℃的温度下对其进行退火处理(厚壁透明塑料制件若由异种塑料材料焊接而成，则以其中变形温度最低的材料为准计算退火温度)，退火时间根据制件厚度和层数确定，退火处理后，待制件空冷至室温后取出，完成厚壁透明塑料制件制造。
具体的，预压压力为20～500N，预热温度为60～120℃；对各层制件接触面进行激光焊接时，焊接速度为1～200mm/s，激光功率为5～100W，光斑直径为0.2～3mm。
具体的，激光三维扫描系统路径根据接触面三维面形状进行设计，各层制件接触面的形状为平面、球面、非球面、复杂异形面；各层制件的材料为同种或异种塑料，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(TPU)等。
进一步的，根据不同制件形状尺寸的注射成形难易程度进行制件分层设计，同时为便于注射成形，各层制件单层厚度为8～18mm；厚壁透明塑料待制件优选分层为偶数层，则接触面为奇数个，可从正中间的接触面开始进行焊接。
以下为具体实施例：
实施例1
如图1所示，待制件为直径250mm，最大厚度80mm，边缘厚度60mm的塑料非球面透镜，其制造步骤如下：
S1分层注射成形：将该超厚透明待制件分层为较薄的四层塑料待制件，并通过注射成形分别得到四层塑料制件，由上至下依次为一层制件1、二层制件2、三层制件3、四层制件4；
S2分层制件预处理：将四层塑料制件依次对齐安装在工装上并固定，透明石英玻璃一5和透明石英玻璃二6分别固定在一层制件1上方和四层制件4下方，以100N的压力对四层塑料制件进行预压，然后预热温度至100℃；
S3芯层焊接：激光三维扫描系统光路经透明石英玻璃一5、一层制件1、二层制件2聚焦于二层制件2和三层制件3间的接触面芯层L2(即中间层接触面)，芯层塑料在焦点处熔融，进而在压力下熔合；
S4对称叠层焊接：激光三维扫描系统焊接三层制件3和四层制件4间的接触面L3，然后焊接一层制件1和二层制件2间的接触面L1，焊接原理与芯层焊接相同，得到超厚透明制件(若制件层数进一步增多，如有从上至下L1～L5五个接触面，则焊接顺序为L3-L4-L2-L5-L1)；
S5退火处理：待超厚透明制件冷却至110～120℃时取出制件，在此温度下对制件进行退火处理，退火时间3～6h，退火结束时空冷至室温取出制件，完成塑料非球面透镜的制造。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种顺序焊接制造厚壁透明塑料制件的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1将厚壁透明塑料待制件分层为偶数层，通过注射成形分别得到各层制件，将各层制件依次固定在一起并进行预压，然后预热各层制件至60～120℃；所述各层制件中每层的厚度为8～18mm；
S2采用激光三维扫描系统对各层制件的中间层接触面进行激光焊接，然后从靠近中间层接触面的两侧接触面开始依次向外侧接触面进行激光焊接，直至完成对各层制件所有接触面的焊接，从而得到厚壁透明塑料制件；
进行激光焊接时，焊接速度为1～200mm/s，激光功率为5～100W，光斑直径为0.2～3mm。
2.如权利要求1所述的顺序焊接制造厚壁透明塑料制件的方法，其特征在于，还包括如下步骤：S3在比厚壁透明塑料制件材料热变形温度低25～35℃的温度下对厚壁透明塑料制件进行退火处理，完成厚壁透明塑料制件的制造。
3.如权利要求1所述的顺序焊接制造厚壁透明塑料制件的方法，其特征在于，所述S1中采用透明石英玻璃对固定在一起的各层制件进行预压。
4.如权利要求1所述的顺序焊接制造厚壁透明塑料制件的方法，其特征在于，所述S1中预压压力为20～500N。
5.如权利要求1所述的顺序焊接制造厚壁透明塑料制件的方法，其特征在于，各层制件接触面的形状为平面、球面、非球面、复杂异形面。
6.如权利要求1～5任一项所述的顺序焊接制造厚壁透明塑料制件的方法，其特征在于，各层制件的材料为同种或异种塑料。
CN201910949736.6A 2019-10-08 2019-10-08 一种顺序焊接制造厚壁透明塑料制件的方法 Active CN110774515B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910949736.6A CN110774515B (zh) 2019-10-08 2019-10-08 一种顺序焊接制造厚壁透明塑料制件的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910949736.6A CN110774515B (zh) 2019-10-08 2019-10-08 一种顺序焊接制造厚壁透明塑料制件的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110774515A CN110774515A (zh) 2020-02-11
CN110774515B true CN110774515B (zh) 2021-04-20

Family

ID=69385401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910949736.6A Active CN110774515B (zh) 2019-10-08 2019-10-08 一种顺序焊接制造厚壁透明塑料制件的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110774515B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114347507A (zh) * 2021-11-23 2022-04-15 航天海鹰(镇江)特种材料有限公司 一种基于同数据源的大厚度超复杂曲面制件分模铺贴方法
CN114379110B (zh) * 2021-12-10 2024-01-30 航天海鹰(镇江)特种材料有限公司 一种超厚度变曲率复材制件的分模铺贴自适应软模成型方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104385577A (zh) * 2014-09-25 2015-03-04 江苏大学 一种可实现任意曲面焊接的激光透射焊接夹紧装置
CN106584869A (zh) * 2016-12-30 2017-04-26 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种三维树脂实体制造的方法
CN105818325B (zh) * 2016-04-01 2018-05-15 上海小糸车灯有限公司 厚壁塑件包围式分层注塑方法及其模具结构和配光镜产品
CN108248055A (zh) * 2017-11-30 2018-07-06 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种塑料眼镜的焊接压合装置及方法
CN108515703A (zh) * 2018-03-30 2018-09-11 大族激光科技产业集团股份有限公司 透明塑料焊接方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104385577A (zh) * 2014-09-25 2015-03-04 江苏大学 一种可实现任意曲面焊接的激光透射焊接夹紧装置
CN105818325B (zh) * 2016-04-01 2018-05-15 上海小糸车灯有限公司 厚壁塑件包围式分层注塑方法及其模具结构和配光镜产品
CN106584869A (zh) * 2016-12-30 2017-04-26 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种三维树脂实体制造的方法
CN108248055A (zh) * 2017-11-30 2018-07-06 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种塑料眼镜的焊接压合装置及方法
CN108515703A (zh) * 2018-03-30 2018-09-11 大族激光科技产业集团股份有限公司 透明塑料焊接方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110774515A (zh) 2020-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7249763B2 (ja) シートベースの付加製造方法及びシステム
CN110774515B (zh) 一种顺序焊接制造厚壁透明塑料制件的方法
JP2013533190A (ja) 貼り付けられる成形ガラス物品およびその製造方法
WO2019024469A1 (zh) 一种适用于复杂零件和模具的增材加工成形方法
WO2003047833A1 (fr) Procede et dispositif pour la fabrication d'une grande lentille de fresnel incurvee a double face
JP6203978B1 (ja) 立体像結像装置の製造方法
KR20030072248A (ko) 렌즈 몰드 성형용 사출 몰드 삽입체 제조 방법
KR102235921B1 (ko) 3d 프린터를 이용한 금형 제조 방법
CN1614449A (zh) 光学装置及其制造方法
KR20200014929A (ko) 입체상 결상 장치 및 입체상 결상 장치의 제조 방법
US7850880B2 (en) Method for forming aspherical optical element
JP2018072850A (ja) 再帰反射性物品を作製するための工具
JP6374951B2 (ja) 光学素子成形用型セット、及び、光学素子の製造方法
JP7030097B2 (ja) 立体像結像装置の製造方法及び立体像結像装置
JP2020062885A5 (zh)
WO2017150289A1 (ja) 樹脂接合品及びその製造方法
JP5161525B2 (ja) 光学素子の成形方法
CN106584869A (zh) 一种三维树脂实体制造的方法
JP2006525889A (ja) 非球面ハイブリッドレンズの製造方法
CN113795379A (zh) 使用差温冷却改进的边缘应力
JPH06170980A (ja) 複合光学素子の製造方法
JP2006084910A (ja) 反射鏡及びその製造方法
JP2018155919A (ja) 樹脂レンズ、樹脂レンズの成形金型、樹脂レンズの成形装置及び樹脂レンズの成形方法
CN109798488B (zh) 汽车大灯透镜、生产线及制作方法
CN115178751A (zh) 一种用于金属slm打印方法及其成型装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant