激光焊接织物促进生产率的提高

　　织物的接合通常利用缝合来实现。缝合是劳动密集性的加工过程，在世界上很多地区这都是一种不经济的生产方式。此外，缝合在织物上留下了孔，当要求接缝具有密闭性时，则其性能明显受到了限制，同时这些孔也影响了接缝的强度。在找寻自动化加工手段时，许多公司考虑利用焊接或者粘合，尤其对于一些人造织物更是如此。激光焊接为生产过程自动化以及接缝性能的改善提供了可能。它的主要特点有：高焊接率，只连接表面被加热而织品外部质地未受影响，单面处理使得焊接过程可在其他织物层下进行，接缝柔韧性得到保持，使用机械手或者机架系统对激光器进行控制提供了通向自动化的途径。

　　最近的项目集中在焊接加工技术的开发以及在一些主要应用领域的使用论证，这些领域包括了安全气袋结构，床上用品，医疗用品，以及保护性衣物。接缝测试表明了这些接缝与使用缝合的相应接缝一样牢固并且能够符合应用中的性能要求。参与这个新方法研究的人员热情不减，正进一步研究开发实现自动化的手段。在焊接过程中仍有一些困难，包括了织物的机械化定位以及焊接过程中弯曲表面的支撑问题。

　　目前，家居装饰工业使用的是手动操作的缝纫机器以及专门的缝合机械，有些机械化程度很有限。通常使用两种缝合方法 ：锁缝以及包边缝。传统的锁缝法的优势在于它易于产生强韧的接缝，接缝不易变形，受压时不易断裂。另一种方法，包边缝法用于连接可去除/可拆卸的松散的外罩。使用这种外罩在医护行业是很普遍的，比如，医院，家居护理，或者护理院，因为它们必须要容易清洗，而对进一步控制传染的要求也加强了这种需要。此外，对于织物，在医护行业要求必须具有防水功能，加了包覆层的织物被广泛使用，这些织物经常是利用热合熔接或者电介质焊接。要将织物固定到木板或者板材家具时，通常使用缝合的方法。安全气袋则一般会有缝合的接缝，或者使用专门的织机编织成一个整体。

　　不管材料是层叠还是单层的形态均可以使用激光来进行焊接并产生接缝，材料形态取决于所要的外观和设计。用于纺织品的激光焊接过程是基于Clearweld工艺，使用专门的吸收红外光的材料而不是碳黑来定位激光能量并转化为热能，在接点熔融材料，实现激光传输焊接。在原有的状态下，热塑性塑料，包括人造纤维对近红外辐射能都是透明的。为了焊接织物，近红外激光的辐射能必须在接点被吸收。这通过加上红外吸收物质即可实现，加入方法可通过向整个下层织物喷洒这些物质，或者在接点形成薄层。传统使用的宽光谱的吸收物质，如碳黑，在接点上会产生颜色，这严重的限制了激光传输焊接在一些接点外观很重要的场合的应用。而这在连接织物时的确是个问题。Clearweld被用于焊接干净，有色，以及透明的塑料的，这些场合通常要求焊接后不可以产生别的不必要颜色。它是由TWI研究所发明，并且由Gentex公司实现商业化。
 
　　试验表明红外吸收物质可以直接被喷在织物表面，或者被喷到聚合物薄膜上，再把它放置在两片织物之间。织物必须放在平台上，或者通过复杂的三维支架来放置。对织物之间进行初始定位后，并对激光操作系统进行定位后，就不需要其他夹具了。在更加复杂的应用中，仍然需要许多重要的工作来设计适用于各种形状元件的可变夹具。今后还必须考虑到织物的张紧，对称的装饰，边角的收皱，褶皱/褶子，以及多层织物的焊接等问题。

　　焊接的时候，需要对焊缝附近的织物施加压力，加压可以通过使用环形夹具，而夹具需避免压住织物上覆盖的透明薄膜。激光穿过环上的孔进行焊接。此外，还可以利用真空平台来向织物加压。

　　利用Clearweld工艺，可以使用各种的近红外激光器来焊接，包括了直接二极管激光器或者光纤耦合二极管激光器，它们的典型工作波长为808 nm或者940nm，此外还包括Nd:YAG激光器，工作波长为1064nm，以及光纤激光器，工作波长在1050nm到1500nm。商业化的Clearweld吸收剂对于在800nm到1100nm波段范围内的焊接很有效。在940nm处的对激光辐射的吸收效率特别高。

　　因此，对于这项工作我们选择了940nm波长的直接二极管激光器，其输出功率范围为150到600W，光束宽度为3-10mm。

　　激光器使用机架或者机械手来操作。在典型的机械手系统中，激光器被安装到机械手上，在被复杂结构支撑的织物表面进行三维操作。如果使用的是直接二极管激光器，那么机械手上安置了整个激光器头。如果使用光纤传输的激光器，那么机械手只安装了激光器的光学装置。如果只是要求二维的焊接那么使用平台机架就可以了。将织物水平放置在焊接处，在待焊的区域覆盖一张薄膜，激光器下面附加的夹具对织物加压，或者通过平台式真空加压。然后，沿着平台移动激光器即可实现沿着焊接。可以预见，不久将出现激光焊接织物的其他可选系统，虽然目前这些系统尚未真正完成。