振動熔接技術原理
振動熔接（Vibration Welding）是一種利用機械摩擦產生熱能的塑膠接合技術。其工作原理是將兩個塑膠零件以100至260 Hz的頻率進行相對往復運動，透過介面摩擦產生的熱量使塑膠達到熔融溫度，停止振動後在壓力下冷卻固化，形成分子層級的永久接合。
這項技術由Branson與DuPont於1970年代初期共同開發，經過50餘年的發展，已成為汽車、家電、醫療器材等產業接合大型塑膠零件的首選方案。振動熔接的焊接強度在優化條件下可達母材強度的80%至100%，遠高於其他塑膠接合方式。
振動熔接過程分為四個階段：固體摩擦階段產生初始熱量；過渡熔融階段開始形成熔膜；穩態階段維持恆定熔融速率；固化階段在壓力下完成冷卻接合。整個週期僅需5至15秒。
線性振動與軌道振動的差異
線性振動熔接 Linear Vibration
零件沿單一軸線進行往復運動，使用電磁驅動器配合彈簧質量共振系統。此方式是目前最常見的設計，機構相對簡單、成本較低，適用於大多數標準應用場景。
典型振幅範圍：0.7-2.0mm（標準120Hz頻率）
軌道振動熔接 Orbital Vibration
零件進行圓形或橢圓軌跡運動，整個週期內速度保持恆定，不存在速度歸零的「零交叉點」。這種特性可產生更均勻的能量分佈，使焊接強度提高約20%，所需振幅降低約30%。
焊接週期時間可縮短36%至50%
| 比較項目 | 線性振動 | 軌道振動 |
|---|---|---|
| 焊接強度 | 基準值 | 提高約 20% |
| 所需振幅 | 0.6-0.9 mm | 0.4-0.7 mm（降低30%） |
| 週期時間 | 基準值 | 縮短 36-50% |
| 設備成本 | 較低 | 較高 |
| 適用範圍 | 標準應用 | 高要求應用 |
德國 KLN Ultraschall AG
KLN LVW 系列技術規格
KLN LVW系列是業界領先的振動熔接平台，涵蓋從中型到超大型零件的完整產線。新佳城科技使用LVW 2046型號進行大型塑膠件代工服務。
| 規格項目 | KLN LVW 系列數據 |
|---|---|
| 機台寬度範圍 | 500 mm 至 2,700 mm |
| 最大接觸壓力 | 50-70 kN |
| 工作頻率範圍 | 100 Hz 至 260 Hz |
| 低頻振幅（約100Hz） | 最高 2.2 mm |
| 高頻振幅（約260Hz） | 0.35-1.0 mm |
| 升降台驅動方式 | 伺服電動或液壓 |
| 控制系統 | SIEMENS控制面板，含即時焊接圖形顯示 |
| 焊接程式 | 8段可程式化參數控制 |
| 位移量測精度 | 0.01 mm（雷射技術） |
CPC專利系統
Controlled Power Compensation技術可在280-150Hz範圍內自動優化共振頻率，工具運作不受質量影響。振動結束時的主動制動功能可提升焊縫強度，受控啟動實現極快加速。
紅外線整合技術（IR-VW）
使用嵌入陶瓷絕緣材料中的金屬箔輻射器進行預熱，可減少90%的微粒產生。適用於複雜幾何形狀（包括傾斜表面），預熱週期僅需數秒即可完成。
伺服驅動系統
LVW 2764旗艦型號配備雙伺服驅動，可執行曲線路徑程式設計以處理有底切的複雜元件，並具備符合人因工程設計的元件插入系統。
振動熔接適用材料
振動熔接對半結晶型塑膠（如PA、PP、PE）的焊接效果尤其良好。以下依材料類型列出振動熔接的適用性：
半結晶型塑膠（振動熔接表現優異）
非晶型塑膠（振動熔接同樣適用）
玻璃纖維強化材料
振動熔接特別適合含玻璃纖維的強化塑膠。以PA66 GF30%（含30%玻璃纖維的尼龍66）為例，振動熔接可達拉伸強度的70-80%。相較於超音波熔接，振動熔接對強化材料的適應性更佳。
異種材料焊接注意事項
異種塑膠的玻璃轉化溫度（Tg）或熔點差異須在22°C（40°F）以內才能成功融合，且需具備化學相容性與相近的熔融指數。PA各變體之間可互焊；PTFE（鐵氟龍）完全無法焊接。
振動熔接參數設定
| 參數類別 | 低頻（100-150Hz） | 標準（120Hz） | 高頻（240-300Hz） |
|---|---|---|---|
| 振幅範圍 | 1.8-4.0 mm | 0.7-2.0 mm | 0.4-0.8 mm |
| 焊接壓力 | 0.5-2.0 MPa（一般）；最高 5 MPa（強化尼龍） | ||
| 焊接時間 | 3-10秒（半結晶） | 1-10秒 | 1-3秒（非晶型） |
| 總週期時間 | 10-15秒 | 6-15秒 | 6-10秒 |
振幅與焊渣的關係：較高振幅可加快焊接速度但會產生較多焊渣（flash）；較低振幅焊縫較乾淨但週期時間較長。對於外觀要求嚴格的應用，可考慮採用KLN的IR整合技術，可減少90%微粒產生。
振動熔接產業應用
汽車產業（振動熔接最大應用市場）
儀表板/車門板
材料：TPO、PP、ABS
機台寬度可達2700mm，確保氣密防漏
進氣歧管
材料：PA66 GF30%
相比鋁鑄件減重50%
燃油箱
材料：HDPE
可整合多達34個焊接組件
冷卻液/雨刷水箱
材料：PP、PE
符合防漏氣密要求
車頭燈/尾燈
材料：PC、PMMA
PC對PC、PC對PMMA焊接
家電產業
洗衣機滾筒
材料：PP
產能約1,000件/8小時班次
洗碗機噴臂
材料：PP
適合複雜幾何形狀
冰箱儲物盒
材料：PP、ABS
大型結構組件
吸塵器外殼
材料：ABS、HIPS
結構耐用性需求
振動熔接與超音波熔接比較
振動熔接與超音波熔接是兩種互補的塑膠接合技術，零件尺寸是選擇的主要依據：200mm是兩種技術的自然分界線。
| 比較項目 | 振動熔接 | 超音波熔接 |
|---|---|---|
| 工作頻率 | 100-260 Hz | 15,000-70,000 Hz |
| 振動方向 | 水平/側向往復 | 垂直上下 |
| 振幅範圍 | 0.35-4.0 mm | 0.025-0.125 mm |
| 適用零件尺寸 | 200mm以上，可達1500mm+ | 200mm以下 |
| 週期時間 | 5-15秒 | 0.1-3秒 |
| 焊接強度 | 70-100%母材強度 | 40-80%母材強度 |
| 焊渣產生 | 顯著（需焊渣槽設計） | 極少 |
| 噪音程度 | 較大（需隔音罩） | 較小（高頻音） |
| 接頭設計 | 平面對接、舌槽 | 需能量導向器 |
| 半結晶材料適用性 | 優異 | 困難（需特殊處理） |
選擇振動熔接的情況
✓ 零件尺寸大於200mm
✓ 不規則或複雜平面接縫
✓ 需要高焊接強度（80-100%母材）
✓ 半結晶材料需要高強度焊接
✓ 大型零件的氣密/防漏要求
✓ 儀表板、進氣歧管、洗衣機滾筒等大型組件
選擇超音波熔接的情況
✓ 零件尺寸小於200mm
✓ 需要最快週期時間（0.1-1秒）
✓ 高產量生產線（醫療、包裝）
✓ 精密零件或含敏感內部元件
✓ 非晶型材料（ABS、PC、PMMA）
✓ 無塵室或醫療級環境要求
新佳城科技振動熔接服務
設備銷售
德國KLN振動熔接機全系列產品，提供原廠技術支援與保固服務
代工服務
使用KLN LVW 2046進行大型塑膠件振動熔接代工
模治具製作
依客戶產品規格客製化設計振動熔接專用模具與治具
設備維修
原廠授權維修服務，零件供應與技術諮詢
