汽車和航空工業為了節省成本常常需要設計輕質材料，輕質材料往往需要將不同類型的材料(如金屬和聚合物)組合起來，而這會大大增加製造成本。有最新工作表明利用激光技術會增加金屬和塑料混合材料的粘合強度，工程師通過用紅外激光預處理鋁板技術，將塑料與鋁粘合在了一起。他們在Journal of Laser Applications雜誌上詳細闡述了他們的工作。下麵是兩張掃描圖片，(a)是連續波激光器結構邊緣處的鋁芯片，(b)是在拉伸剪切試驗後模塑聚合物表麵的溝槽中剩餘的鋁。

新型激光技術在注塑成型中大展身手！

    隨著汽車和航空工業(ye) 的開發人員不斷推動製造更高效的車輛，人們(men) 目前致力於(yu) 設計堅固，輕便的機器。然而，設計輕質材料需要將不同類型的材料（如金屬和聚合物）組合在一起，這些額外的步驟會(hui) 增加製造成本。有最新工作表明利用激光技術會(hui) 增加金屬和塑料混合材料的粘合強度。

    一個(ge) 德國研究組的工程師最近發明了一種通過用紅外激光預處理鋁板來將塑料與(yu) 鋁粘合的技術。他們(men) 的成果發表在了“Journal of Laser Applications”雜誌上。研究人員發現，用連續激光束對鋁表麵進行粗糙處理會(hui) 產(chan) 生與(yu) 熱塑性聚酰胺的機械互鎖，從(cong) 而產(chan) 生顯著的強粘附力。

    作者之一Jana Gebauer說：“在其他連接方法中，一般需要一個(ge) 我們(men) 希望的塑料部件來與(yu) 金屬部件配合。而在注塑成型過程中，我們(men) 直接在機器腔內(nei) 的金屬部件頂部生成塑料部件。因此，由於(yu) 特定的熱條件，與(yu) 熱壓或其他連接技術相比，這是非常困難的。”

    為(wei) 了解決(jue) 這些問題，Gebauer和她的同事每次在鋁板表麵使用連續激光和一次脈衝(chong) 作用20皮秒，這樣可以使鋁板表麵更粘，以便在其上模塑聚酰胺層。然後，他們(men) 將片材放入注塑模具中，並用熱塑性聚酰胺包覆成型，熱塑性聚酰胺是一種與(yu) 尼龍相關(guan) 的聚合物，常用於(yu) 機械部件，如電動工具外殼，機械螺釘和齒輪。

    Gebauer說：“之後我們(men) 分析了鋁板的表麵形貌並對粘接行為(wei) 進行了機械測試，以找出哪些參數可以實現最大的粘接強度。”

    使用光學三維共聚焦顯微鏡和掃描電子顯微鏡進行的測試結果表明，與(yu) 連續激光預處理鋁板溝槽中的形貌相比，用脈衝(chong) 激光處理的鋁板溝槽中具有更平滑的線圖案。用紅外激光處理的鋁板也表現出更強的粘合性，但是隨著水分含量的增加，這些性能會(hui) 降低。

    盡管團隊取得了成功，但Gebauer認為(wei) ，要了解如何優(you) 化金屬表麵的預處理以使製造過程更加經濟，還有很多得工作要做。現在，她和她的同事們(men) 在研究模塑熱塑性塑料在冷卻時如何收縮。

    Gebauer說：“熱收縮導致機械應力的產(chan) 生，這會(hui) 分離兩(liang) 個(ge) 部件。目前的挑戰是找到一種結構來補償(chang) 收縮過程中產(chan) 生的應力，同時要求這種結構不會(hui) 由於(yu) 激光處理而造成鋁的軟化。目前我們(men) 希望使用超短脈衝(chong) 激光器時能夠產(chan) 生可靠的粘接，以減少金屬部件的熱損傷(shang) 。”