PET薄膜與316L不銹鋼薄板激光透射連接實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬.pdf

1、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的生物植入體必需使用具有生物相容性的材料進(jìn)行連接(封裝)以適應(yīng)人體內(nèi)復(fù)雜的生物、物理和化學(xué)環(huán)境。異種材料連接可集兩種材料優(yōu)異性能于一體,而材料不同的化學(xué)、機(jī)械和熱學(xué)性能使得異種材料連接比同種材料更具有挑戰(zhàn)性。激光透射連接技術(shù)作為一種新型連接技術(shù)所具有的優(yōu)點(diǎn)特別適合于異種生物相容性材料的連接。
　　 本文采用基于統(tǒng)計(jì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和數(shù)值模擬方法,針對(duì)具有生物相容性PET薄膜與316L不銹鋼薄板的激光透射連接工藝進(jìn)行較

2、系統(tǒng)的研究。
　　 首先,應(yīng)用固定光路激光連接系統(tǒng),采用單因素工藝和基于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)的響應(yīng)曲面法對(duì)0.1mm PET薄膜與0.1mm316L不銹鋼薄板之間的激光透射連接進(jìn)行研究。使用光學(xué)顯微鏡對(duì)不同工藝參數(shù)情況下的接頭形貌進(jìn)行觀測(cè),揭示了激光器功率、加工速度和離焦量等主要工藝參數(shù)對(duì)連接接頭寬度和接頭強(qiáng)度的影響規(guī)律。單因素工藝分析得到了PET薄膜與316L不銹鋼薄板激光透射連接的工藝參數(shù)窗口,可為激光透射連接時(shí)提供合理的工藝

3、參數(shù)范圍；響應(yīng)曲面法建立了基于連接質(zhì)量(連接強(qiáng)度和連接寬度)與各工藝參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型,分析得到了各工藝參數(shù)及之間的相互關(guān)系對(duì)連接質(zhì)量的影響,優(yōu)化了主要工藝參數(shù),為激光透射連接時(shí)選取適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)以提高加工效率提供指導(dǎo)。
　　 其次,應(yīng)用振鏡掃描激光連接系統(tǒng),研究開(kāi)環(huán)控制分析中激光器功率和加工速度等主要工藝參數(shù)對(duì)連接質(zhì)量的影響,得到激光透射連接過(guò)程的工藝參數(shù)窗口,并通過(guò)高溫計(jì)分析出獲得較好連接質(zhì)量時(shí)的溫度范圍。在開(kāi)環(huán)控制得到溫度

4、基礎(chǔ)上采用閉環(huán)控制,所得的試驗(yàn)結(jié)果證明振鏡掃描系統(tǒng)中閉環(huán)控制在激光透射連接過(guò)程中能得到更好的連接質(zhì)量,更具有優(yōu)勢(shì)。
　　 最后,利用商業(yè)化軟件ANSYS建立三維熱傳導(dǎo)模型,使用APDL語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)超高斯型熱源的動(dòng)態(tài)加載,得到連接過(guò)程中的溫度場(chǎng)分布,分析加工速度、激光器功率等工藝參數(shù)對(duì)連接質(zhì)量的影響,并計(jì)算出不同工藝參數(shù)下的連接寬度。與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)兩者趨勢(shì)比較吻合,證明了模型的可靠性,為優(yōu)化工藝參數(shù)奠定了基礎(chǔ)。然后在溫度