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Kunststoff-Laserschweissen

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Was ist das Kunststoff-Laserschweißen und wie funktioniert es?

Um Kunststoffe mit dem Laser schweißen zu können, wird ein Schweißprozess verwendet, der „Laserdurchstrahlschweißen“ genannt wird. Um diese Technik anwenden zu können, muss das Produkt aus einem transparenten Teil (abdeckendes Teil, oben) und einem absorbierenden Teil (aufnehmendes Teil, unten) bestehen. Die Hitze, die durch Absorption im unteren Teil entsteht, erhitzt das Polymer auf die eingestellte Schweißtemperatur, die die Bedingungen für die notwendige thermoplastische Verschmelzung schafft.

Die Wellenlänge des Lasers und die Absorptionseigenschaften der beiden Materialien spielen hierbei die entscheidende Rolle für das Gelingen des Schweißvorgangs.

Anwendungsbereiche Kunststoff-Laserschweißen

Automotive Die Automotive ist ein Sektor, in dem das Laserschweißen von Kunststoffen weit verbreitet ist, sowohl für die Gestaltung von Armaturenbrettern und Innenräumen als auch für funktionale Innenteile von Motoren, Aggregaten oder Hydrauliken. Weit verbreitete Anwendungen sind insbesondere Tanks und Gehäuse, Sensoren, optische Gruppen, Armaturenbrettkomponenten und Schlüsselgruppen.

Medizintechnik Die Medizintechnik ist ein Sektor, in dem das Laserschweißen von Kunststoffmaterialien sowohl für den Bau von Körpern und Behältern für Medizinprodukte als auch für Verbrauchsmaterialien für verschiedene Anwendungen verwendet wird. Genauer gesagt sind weit verbreitete Anwendungen Mikrofluidik, sterile Verbrauchsmaterialien, Boxen oder hermetische Gruppen von Medizinprodukten, Biochips.

Elektrotechnik und Elektronik Elektronik ist einer der Bereiche, in denen das Laserschweißen von Kunststoffmaterialien weit verbreitet ist, auch in großem Maßstab. Hauptanwendungen sind in den Bereichen Elektro- und Unterhaltungselektronik: Schutz- und Hermetikdosen und Baugruppen, Komponenten, Sensoren.

Textil Das Laserschweißen von Kunststoffen in Textilien wird hauptsächlich zur Durchführung technischer Fertigungen wie dem Schweißen von Vliesstoffen oder der Herstellung von Filtern und Membranen eingesetzt.

Materialien und Kunststoff-Laserschweißen

Plastik
Papier
Kohlenstoff
Karton
Eisen
Stahl
Kupfer
Keramik
Gold
Holz
Glas
Haut

Die Materialien für das Kunststoff-Laserschweißen sind plastische Polymere.

Sie unterteilen sich in zwei Kategorien:

  • Amorphe thermoplastische Polymere
  • Teilkristalline thermoplastische Polymere

Die amorphen Polymere sind gegenüber der Laserstrahlung auch bei großen Stärken transparent. Teilkristalline Thermoplaste hingegen besitzen eine intrinsische Absorption, die mit der internen Streuung (Scattering) zusammenhängt und die mit zunehmender Stärke wächst. Des Weiteren kann das Hinzufügen von Zusatzstoffen (anorganische Füllstoffe, Pigmente, Glasfaser, Kohlenstofffaser) die Merkmale der Strahlenabsorption verändern und sie generell noch absorbierender werden lassen.

Im Allgemeinen können thermoplastische Polymere der gleichen Familie miteinander verschweißt werden.

In der rechts stehenden Tabelle ist jedoch auch die Verschweißbarkeit von Polymeren unterschiedlicher Natur und eine Bewertung der Wirksamkeit ihrer Verbindung angegeben.

Arten des Kunststoff-Laserschweißens

Die für das Kunststoffschweißen anwendbaren Strategien sind:

Konturschweißen (Contouring): mit X-Y-Bewegungen, flexibel und mit Schweißgeschwindigkeiten von circa 10 m/min.

Quasisimultanschweißen: unter Verwendung eines galvanometrischen Kopfs, ultra-flexibel und mit einer Schweißgeschwindigkeit von 10 m/s.

Simultanschweißen: mit speziellen Optiken (linear, ringförmig, radial oder individuell), die für bestimmte Anwendungen konzipiert wurden, bei Schweißgeschwindigkeiten von weniger als 1 Sekunde.

Prozesskontrolle beim Kunststoff-Laserschweißen

Eine der Eigenschaften, die das Kunststoff-Laserschweißen einzigartig macht, ist die Möglichkeit, die Prozessparameter genau kontrollieren zu können. Die Software ermöglicht die Online-Überwachung der folgenden Parameter: Laser-Leistung, Geschwindigkeit des Schweißens, Schweißzeit, Temperatur des Werkstücks bei Pyrometer-Systemen und Spanndruck bei Systemen mit pneumatischer Spannvorrichtung.

Die Prozessdaten stehen dem Benutzer in Form eines Berichts zur Verfügung oder werden von der Software genutzt, um echte Pass-Fail Onlinesysteme zu erstellen.

Welche Vorteile bietet ein Laser für das Kunststoffschweißen im Vergleich zu anderen Technologien?

Das Kunststoffschweißen ist immer weiter verbreitet, da es die Erstellung von Komponenten mit komplexen Formen ermöglicht, optisch exzellente Lösungen bietet und ohne dem Prozess nachgelagerte Bearbeitung auskommt (keine Rückstände).

Des Weiteren ermöglicht es das Schweißen ohne Kontakt und Vibrationen und dank der Kontrolle der Prozessparameter mit einer besonders hohen Wiederholbarkeit.

Weitere Merkmale des Kunststoff-Laserschweißens sind die hohe mechanische Festigkeit und die Gleichmäßigkeit des Profils. Sie machen es zum idealen Verfahren für Anwendungen, in denen die Hermetik der Bearbeitung besonders wichtig ist.