Kunststoffschweißen: Laserschweißen von Kunststoff

Das Laserschweißen von Kunststoffen mit Diodenlaser ergänzt die traditionellen Schweißverfahren wie Ultraschall-, Vibrations- oder Heizelementschweißen. Es verbindet die Vorteile des berührungslosen Schweißens ohne Fusselbildung und übermäßigen Schmelzeaustrieb mit der Möglichkeit zum Schweißen mit messbarem Setzweg.

Diodenlaser geringer und mittlerer Laserleistung eignen sich hervorragend für eine qualitativ hochwertige und dauerhafte Verbindung von thermoplastischen Polymeren nach dem Durchstrahlschweißverfahren. Modular lassen sich verschiedene Spezialoptiken und Zusatzkomponenten wie Pyrometer zum temperaturgeregelten Konturschweißen oder CMOS Kamera zur Prozessvisualisierung adaptieren. Zum Quasi-Simultanschweißen führen Scansysteme mit hochdynamischen Ablenkspiegeln den Laserfokus auf jeder beliebiger 2D-Kontur.

Kunststoff Laserschweißen – Das Verfahren

Beim Laserdurchstrahlschweißen wird stets ein lasertransparentes mit einem laserabsorbierenden Bauteil zusammengefügt. Im Vorfeld des Schweißens werden die Fügepartner zunächst positioniert und aufeinandergepresst. Beim eigentlichen Fügeprozess durchdringt der Laserstrahl dann das transparente Bauteil, ohne es nennenswert zu erwärmen. Erst das absorbierende Bauteil nimmt die Laserenergie auf, sodass es an der Oberfläche erhitzt wird. Diese Energie überträgt sich via Wärmeleitung auf die Oberfläche des transparenten Bauteils. Die absorbierte Energie plastifiziert den Kunststoff und führt durch Druck und Wärmeleitung zu einer Verbindung der Komponenten. Es kommt durch den bestehenden Fügedruck zur stoffschlüssigen Verbindung beider Teile. Die Festigkeit der daraus resultierenden Schweißung liegt typisch im Bereich der Grundmaterialfestigkeit.

Die Prozessvorteile des Diodenlasers

Im Vergleich zu den konventionellen Festkörperlasern ist der Diodenlaser durch sein Wellenlängenspektrum und das Top-Hat-Strahlprofil ohne Intensitätsspitze im Vorteil. So werden lokale Temperaturspitzen vermieden, die die Fügepartner beschädigen könnten. Durch den lokalen Energieeintrag mittels Diodenlaser erwärmt sich der Kunststoff in der Fügezone sehr schnell und materialschonend, resultierend in einer homogenen Schmelze ohne Fusselbildung durch Trockenreibung. Setzweg- oder Temperaturmesssysteme können den Schweißverlauf aufzeichnen und übergeben das Ergebnis einer übergeordneten Steuerung. Funktionale Änderungen am Bauteil oder neue Designideen in der Schweißkontur lassen sich flexibel programmieren. Der Laser schützt insbesondere innenliegende vibrationsempfindliche Bauteile oder komplexe Elektroniken vor Beschädigungen durch den berührungslosen Wärmeeintrag. Die gleichmäßige Energieverteilung im Laserfokus schmelzt den Schweißsteg ohne Überhitzung des Materials auf und verhindert Porenbildung. Herausragend beim Laser ist, dass sich die Gestaltungsfreiheit bei der Entwicklung neuer Bauteil- und Gehäusekomponenten deutlich erweitert. Die Lasertechnologie ermöglicht es, Kunststoffgehäuse mit innenliegenden elektronischen Bauteilen, die durch konventionelle Verfahren, wie Vibrationsschweißen oder Ultraschallschweißen, häufig geschädigt oder verschmutzt werden, bei geringer thermischer und mechanischer Belastung berührungslos zu verschweißen.

Anwendungsbeispiele

Quasi-Simultanschweißen in der Elektronikindustrie

Eine typische Anwendung ist beispielsweise das Quasi-Simultanschweißen – eine Form des Durchstrahlschweißens, die vornehmlich zum dauerhaften Verschließen von Kunststoffgehäusen in der Elektronik verwendet wird. Hochdynamische Scanner-Systeme mit homogenem Rundfokus sorgen hier für eine optimale Strahlführung und entsprechend hochwertige Ergebnisse. Der berührungslose Wärmeeintrag schützt empfindliche Bauteile. Die schnelle und materialschonende Erwärmung führt zu einer homogenen Schmelze.

Durchstrahlschweißen von Automobil-Hecklappen

Leichtbau Automobil-Heckklappen aus Kunststoff werden im Durchstrahlschweißen mit Diodenlasern von Laserline gefertigt. Die Besonderheit: Die Schweißnähte beim Laserschweißen Kunststoff sind unsichtbar und Nachbearbeitungen im inneren Sichtbereich entfallen.