[实用新型]一种金属与塑料混合薄壁结构连接装置

说明书

本实用新型公开一种金属与塑料混合薄壁结构连接装置，包括可发出激光束的飞秒激光器、可进行平面运动的四轴运动平台、设置于四轴运动平台顶面且可对金属工件和/或透明塑料工件边沿施以夹紧作用力的夹具以及计算机；计算机分别与飞秒激光器以及四轴运动平台电连接，飞秒激光器发出激光束照射于被夹具夹紧的工件照射表面。相对于现有技术，本实用新型技术方案解决了塑料与金属异种不相容材料焊接技术问题，以及提高金属与塑料之间激光相连的工作可靠性以及工作效率。

技术领域

本实用新型涉及激光加工技术领域，特别涉及一种金属与塑料混合薄壁结构连接装置。

背景技术

随着新材料和新结构的涌现，金属材料和非金属材料复合形成的材料得到极大的发展。特别地，塑料和金属的混合结构因为具有轻质以及高强度等机械以及物理特性，因此在医疗器械、包装工业、汽车零部件、电子器件封装等技术领域中拥有巨大的优势。

现有技术中，塑料和金属相连时主要采用粘接、机械铆接、NMT技术、铜焊和超声波焊接，但是上述的这些工艺方法中，或存在外观形貌不佳、或接头强度不够理想、或生产效率较低等缺点。而通过激光加工以将金属和塑料两种不同类型的材料进行相连因为具有较好的优势因此得到应用，但是该工艺中，因为两种类型的材料熔点相差较大，使得两种类型材料的相容性较低，熔合区难以生成金属和塑料间化合物；另外金属材料的表面存在氧化膜，阻碍两种不同类型材料的结合，还有塑料和金属进行加工相连时容易产生气泡并存在两种材料的结合面，因此使得两者相连形成的结构不稳定。

因此对通过激光加工使金属和塑料进行相连的生产工艺进行进一步优化设计具有极其重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出结构简单、工作可靠的一种金属与塑料混合薄壁结构连接装置，旨在解决塑料与金属异种不相容材料焊接技术问题，以及提高金属与塑料之间激光相连的工作可靠性以及工作效率。

为实现上述目的，本实用新型提出的一种金属与塑料混合薄壁结构连接装置，包括可发出激光束的飞秒激光器、可进行平面运动的四轴运动平台、设置于所述四轴运动平台顶面且可对金属工件和/或透明塑料工件边沿施以夹紧作用力的夹具以及计算机；所述计算机分别与所述飞秒激光器以及所述四轴运动平台电连接，所述飞秒激光器发出激光束照射于被所述夹具夹紧的工件顶面。

优选地，所述四轴运动平台包括工作台以及驱动所述工作台沿X轴方向移动的X轴方向步进电机和驱动所述工作台沿Y轴方向移动的Y轴方向步进电机，所述X轴方向步进电机和所述Y轴方向步进电机的传动方向相互垂直。

优选地，所述飞秒激光器发出照射于工件顶面的激光束在路径上设置有聚光镜。

优选地，所述飞秒激光器发出照射于工件顶面的激光束在路径上设置有反射镜。

优选地，所述计算机控制和调整所述飞秒激光器的工作参数包括激光功率、激光脉冲频率、激光脉冲宽度、激光器出光直径。

优选地，所述飞秒激光器的工作参数为激光功率2.0-3.0kW、激光脉冲频率10-24Hz、激光脉冲宽度10-20ms、激光器出光直径0-2mm。

优选地，所述飞秒激光器的工作参数为激光功率0.5-2.0kW、激光脉冲频率2-10Hz、激光脉冲宽度3-10ms、激光器出光直径2-8mm。

本实用新型技术方案通过飞秒激光器对金属工件表面加工出凹陷结构，如沟槽或连接孔。然后通过将透明塑料工件放置于加工过的金属工件顶面，并通过飞秒激光器再次发出激光束照射于金属工件表面，使得金属工件顶面受热后传递至透明塑料工件底面，这样透明塑料工件底面变成熔融状并流入金属工件顶面的凹陷结构内，冷却后金属工件和透明塑料工件之间形成紧密相连的结构体。本实用新型技术方案可降低整体重量，实现节能减排，同时采用金属和塑料混合结构，不需要对原有的制造设备和生产工艺做出大面积的调整，因此经济效益较好且具有较为广泛的应用范围。