Beim Laserschweißen von Kunststoffen mittels Durchstrahlschweißmethode werden zwei Arten thermoplastischer Kunststoffe miteinander verbunden: Der transparente Fügepartner wird vom Laser durchstrahlt, der absorbierende erhitzt. Der absorbierende Kunststoff schmilzt den transparenten Fügebereich auf. Die Fügepartner müssen für einen ausreichenden Wärmeübergang mit einer geeigneten Vorrichtung aufeinandergepresst werden. Der Spalt sollte hierbei möglichst kleiner als 150 μm sein. Für eine dauerhafte Verbindung muss der aufgeschmolzene Kunststoff vollständig erstarren. Daher presst die Vorrichtung beide Fügepartner auch nach dem eigentlichen Schweißvorgang noch für eine gewisse Haltezeit aufeinander.
Kunststoffschweißen mit Laser
Hochwertig, reproduzierbar und komplett ohne Lösungsmittel – das laserbasierte Fügen von Kunststoffen hat viele Vorteile und ersetzt in vielen Branchen klassische Verfahren wie Kleben, Ultraschall- oder Vibrationsschweißen. Beim Fügen mit dem Laser kann die Schweißnaht außerdem beliebig an neue Bauteilgeometrien angepasst werden. Da der Wärmeeintrag lokal stark begrenzt ist, sind beispielsweise empfindliche Elektronikkomponenten effektiv geschützt. Typischerweise lassen sich vier Varianten des Laserschweißens von Kunststoffen unterscheiden: Konturschweißen, Quasi-Simultanschweißen, Simultanschweißen und Maskenschweißen. Beim Kunststoffschweißen kommen in der Regel Laserleistungen bis ca. 300 Watt zum Einsatz.
Qualitativ hochwertig und reproduzierbar
Die Schweißnähte sind von gleichbleibend hoher Qualität. Dabei haben die erzeugten Nähte eine Festigkeit, die der des Grundwerkstoffes entspricht.
Flexibel einsetzbar
Die Schweißnaht kann beliebig an verschiedene Bauteilgeometrien angepasst werden.
Rückstandsfrei
Im Vergleich zum Kleben oder Vibrations- und Ultraschallschweißen entstehen beim Laserschweißen keine Kleberückstände oder Kunststoffflocken.
Schonend
Der Wärmeeintrag ist lokal begrenzt und schont empfindliche Elektronik.
Geräusch- und verschleißarm
Kunststoffschweißen mit Laser ist nicht nur schonend für das Material, sondern auch für die Umgebung.
Wie funktioniert das Kunststoffschweißen mit dem Laser?
In der Materialpaarungsmatrix ist die Schweißbarkeit der verschiedenen Materialien dargestellt. Artgleiche Kunststoffe weisen nach dem Schweißen mit dem Laser die höchste Verbindungsstabilität auf. Beinhaltet der Kunststoff einen hohen Anteil an Glasfasern, so können leicht spröde Schweißverbindungen entstehen. Daher wird empfohlen, einen Glasfasergehalt von 40 % nicht zu überschreiten. Ein lasertransparenter Werkstoff mit Glasfaser sollte nicht dicker als 2 mm sein.
Da viele schweißbare thermoplastischen Kunststoffe nur einen geringen Anteil der Laserstrahlung von Festkörperlasern absorbieren, werden Zusatzstoffe (Additive) wie beispielsweise Ruß hinzugefügt. Dadurch können die Thermoplaste durch die Laserstrahlung aufgeschmolzen und verschweißt werden. Um die Reproduzierbarkeit der Schweißprozesse zu gewährleisten, muss zudem eine geeignete Aufnahme Bauteile reproduzierbar positionieren. Die Fügekraft wird durch Pressen des Bauteils gegen eine konturnahe Spannmaske oder ein Spezialglas aufgebaut. Das Glas muss das Laserlicht bei hoher mechanischer Stabilität durchlassen.
Die drei Laserdurchstrahlschweißverfahren im Vergleich
Typische Anwendungsbereiche des Kunststoffschweißens mit dem Laser
Beim Konturschweißen wird ein rotationssymmetrisches Bauteil unter dem ortsfesten Laserstrahl gedreht. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Tankdeckel geschweißt werden.
Beim Quasi-Simultanschweißen werden Konturen in extrem schneller Abfolge mit einer Scanneroptik abgefahren. Somit wird jede Stelle entlang der Kontur fast gleichzeitig erwärmt.
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