板式家具激光封边设备研究

板式家具激光封边设备研究

应俊华

广州极东机械有限公司  广东广州  510000

摘 要：在现代家具生产制作过程中，板式家具激光封边设备有着较为宽泛的应用范围，因为其可以满足各种板式家具的封边需求，提高产品的质量和外观效果，满足人们对家具提出的高品质追求。所以，对该设备的应用优势和工作原理展开深入分析，很有必要。本文主要针对板式激光封边设备的应用优劣势以及工作原理和分类展开着重分析，以便为相关人士提供参考。

关键词：板式家具激光封边设备；应用优劣势；工作原理；研究分析

近年来，随着制造工艺的不断改进和激光技术的进一步发展，板式家具激光封边设备在家具制造行业中的应用范围也在不断扩大，其可以大幅提升家具的产品质量和外观效果，满足现代人对家具提出的定制化、个性化的使用需求，所以，要想推动家具制造行业的持久稳定发展，当务之急，就是要对板式家具激光封边设备做进一步的推广和应用。

1. 板式家具激光封边设备应用优势及要求分析

1.1应用优势

首先，板式家具激光封边设备具有高效和高质的封边效果，其通过激光技术的精确控制，可以实现无缝、均匀的封边效果，大大提高家具产品的美观度和质量；其次，激光封边带功能层为PP材料的特性，为高密度致密材质，所以具有封边后剥离强度高于传统EVA胶水封边，因此激光封边产品密封性强，防潮防蛀。板式家具激光封边设备具有良好的适应性和灵活性，可以满足各种板材封边需求，如木质板材、人造板材、金属贴面板等板材，从而为家具制造业带来更多的可能性；第三，板式家具激光封边设备具有一定的环保和节能优势。相对于传统封边技术中使用的胶水和封边条，激光封边技术采用无胶封边方式，可有效减少板材封边不良，引起的板材内部甲醛向室内逸散致使室内空气质量变差，减少甲醛排放可有效减少对环境的污染。同时，由于激光封边设备具有高效加工和精确控制功能，所以可以减少材料的浪费和能源消耗，提高生产效率和资源利用率；第四，激光封边带颜色可以任意定制，配合板材颜色封边，且因为激光封边后无胶缝的特性，可使板材完美无瑕。传统封边方式，封边后会出现胶缝且胶水颜色一般只有自然色和白色两种，不能很好地适应高端客户个性化和定制化的需求；第五，传统封边，更换封边带颜色后，需要更换胶水或者更换胶锅，操作复杂，激光封边切换封边带颜色后，只需改变激光能量输出即可，加工效率高。最后，板式家具激光封边设备将不断与智能控制技术相结合，实现高度的自动化生产。通过智能控制系统的应用，不仅可以实现设备的自动调节和运行，减少人员的操作和干预。而且还能更加精确地控制生产过程，实现生产的精细化管理和优化，从而在降低成本的基础上，大大提高家具制造过程的生产效率和稳定性，推动家具行业向智能化的方向发展[1]。

1.2使用要求

首先，板式激光封边设备的技术要求较高，所以使得其整体生产制造和维护成本也有所提高；其次，板式激光封边设备对于操作人员的技术水平要求较高，必须具备一定专业知识和操作与维护技术的人员才能对其进行正确操作。另外，由于该设备具有高压和激光辐射特性，所以还要保证相关操作人员具备一定的安全防护意识，能够在设备运行使用期间采取有效措施确保其运行安全；最后，板式激光封边设备在处理一些特殊工艺和复杂形状的封边工作时，存有一定的难度，需进一步优化和改进激光封边技术才能高效、优质地完成相应的封边工作。激光系统工作环境需求，一般激光器的工作温度为5℃到55℃，保存温度为﹣25℃到55℃，且激光器内部有很多高精度镜片，为防止激光器内部结露情况，工作环境要求空气湿度 30％到 95％，不结露。激光封边机一般会自带空调和冷水机保证工作，空调主要为安装激光器的部分提供空气温度和湿度恒定，激光器和激光头在发光时产生的大量的热量，冷水机起到冷却的作用，且冷水机在冬天 0℃以下温度工作时，需为冷水机添加防冻液，否则激光器内部结冰会冻坏激光器。

2.板式激光无缝封边设备的工作原理分析

2.1无缝封边材料

为了弥补传统封边材料存在的应用缺陷，板式激光无缝封边设备所采取的封边带为特殊的激光封边带，本文以德国瑞好激光封边带为例介绍，它的材质基材为ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子结构材料，又称ABS树脂。），功能层材质为PP厚度一般为0.2mm，并且在激光功能层材料上添加激光吸收剂。PP（化学名称：聚丙烯）具有密度小，强度刚硬，硬度耐热性强的特点，可在100℃的温度下使用。这个特性就使得激光封边带封边具有密封性高和长久时间不变色的特点。封边带能量值根据颜色由白到黑递减，能量值范围为15 J/cm2-26J/cm2之间。性能优于传统涂胶封边。国产激光封边带，成本相比瑞好要低一些，市面上使用也比较广泛了。目前有和德国一样的成型工艺，也有使用PVC材质为基材（聚氯乙烯）的激光封边带，激光熔化功能层后会产生有害气体，不建议使用。

2.2设备工作流程

激光封边，通过将高能量的激光束聚合到激光封边带上，高能量的激光快速熔化激光封边带的功能层，然后通过压轮机构，将边带压紧在工件上，再经过截断、粗修、精修、跟踪倒圆等工序，从而实现封边的目的。

2.3关键组成部件

2.3.1激光发生器

激光发生器主要有两种，半导体激光器和光纤激光器。目前激光封边领域，光纤激光器使用量大，成本相对较低，是激光封边主流。光纤激光器是板式激光封边设备中最为核心的组成部件，它具有高效率、高光束质量和稳定性好的特点，能够实现高精度和高效率的封边加工。光纤激光器的主要组成部分包括光纤、泵浦源、激光介质和输出耦合器。在板式激光封边设备中，光纤激光器的激光输出经过光学系统激光头进行聚焦和匀化。激光的高能量密度可以迅速加热封边带，使其熔化和固化，形成坚固的封边。一般情况下，根据相关工艺要求，板式激光无缝封边设备的激光器发出的激光波长为900 -1080 nm之间，激光输出总功率为1500w -3000w之间。

2.3.2激光封边分类

激光封边市面主流总共有三种类型，振镜激光封边，铜镜矩形光斑激光封边，匀化矩形光斑激光封边。

振镜激光封边：激光头的反射镜系统是由一面和两面来回摆动的反射镜及其配套的驱动电机和伺服电路所组成。通常，反射镜安装在驱动电机的转轴上，而驱动电机则以有限的角度来偏转，为了确保其持久稳定运行，还要在其内部安置相应的传感设备，实现对电机偏转角度的实时监测。保证设备处于正常工作状态下时，激光发生器发出的激光光束可以通过垂直轴转动的反射镜直接投射到封边带上的指定位置处。在这一过程中，为了保证反射镜系统反射的激光可以准确发射在规定区域范围内，应按照公式（1）进行合理确定，具体如图一所示。在该公式中，θ代表反射镜的偏转角，d代表y轴振镜到待激活无缝封边带的距离。若θ为0时，激光光束所在位置就可作为设定的坐标系原点位置。此外，虽然无缝封边设备的反射镜系统可以将高能量激光束精准地透射在无缝封边带上，但由于激光束具有一定的发散角，其在投射时会产生一部分能量损失情况。所以，为了避免这种情况的发生，就要先使用扩束镜将光纤激光器发出的激光光束进行有效调节，使其转化成平行光束后，再通过聚焦透镜调节成可以满足工艺需求的高功率激光光束，这样才能在减少能量损失的基础上，最大化提高家具封边工作效率和质量[2]。

图一 反射镜系统示意图

振镜激光封边主要特点是激光通过光纤传输至摆动激光头，通过反射镜片的高频率往复摆动实现激光加工宽度的矩形（线性）输出，通过调节摆动角度来调节摆动的宽度，调节摆动频率来调节扫描速度以适配不同封边宽度和速度的需求。其光斑能量分布为高斯分布（中间集中，两端较弱），另外摆动起点和终点的速度和中心位置不一致，封边的一致性效果不足，出现过烧的风险较大（如图二所示）。

图二 光斑高斯能量分布

铜镜矩形光斑激光封边：反射积分型矩形光斑，激光通过光纤传输至积分型激光头，激光经过准直镜片后从发散状态整形成平行状态，通过KIS积分镜把入射的激光束聚焦成能量均匀分布的矩形光斑。通过更改准直光路设计以及积分镜片表面微结构的设计来改变矩形光斑在长度和宽度的尺寸。特点，通过光学整形的方法将高斯能量分布的圆形激光整形成线性方向平顶分布的矩形激光，纯光学设计，能量一致性好；无外部电机高频率摆动，不受电磁信号干扰，加工可靠性好；铜镜可直接水冷，整体结构小巧，承受功率可达4kw以上，连续使用稳定性高（如图三所示）。但是一种规格铜镜只可满足一种矩形光斑尺寸，无法做到幅面连续可调，加工适应性受限。

图三 铜镜矩形光斑激光封边原理

匀化矩形光斑激光封边：激光经过准直镜片后从发散状态整形成平行状态，通过透射式阵列匀化镜片进行激光光束的能量分布和形状的光束整形，把入射的圆形高斯激光束整形成能量均匀分布的矩形光斑。通过镜组光学设计并调整多重镜组之间的距离来实现矩形光斑尺寸的自动变化。在长度和宽度方向能量分布均一致。特点，纯光学设计，能量一致性好；可通过程序设计直接输出连续可变的矩形光斑，可靠性高，可满足不同板厚需求（如图四所示）。目前匀化矩形光斑已成为市场主流激光。

图四 匀化矩形光斑激光封边原理

结束语：

综上所述，板式家具激光封边设备相对于传统封边技术而言，虽然其在操作便捷性、封边效果和适应性等方面都更具优势。但在实际应用过程中仍存有一定的挑战，如设备的投资成本和维护成本较高、对操作人员技术要求较高等。基于此，为了使该设备得到更广泛的推广和应用，前提条件就是要对其整体生产工艺和应用性能等做进一步的完善和改进，进而使其自动化和智能化水平得到最大化提升，这样才能满足不同的产品工艺需求，更好地提高板式家具的生产效率和生产质量。

参考文献

[1]郑冬荣,郑凯民.一种板式家具全自动环保成型设备及方法[J].广东化工,2021,(11):60-61.

[2]深行.板式家具的生产和设备[J].木工机床, 2019,(03):2-9.

[3]曾庆景,刘培义.板式家具封边技术以及激光封边研究进展[J].广东化工, 2018, 45(22):67-68.