Laserschweißen

Beim Laserschweißen von Kunststoffen wird Laserstrahlung durch ein lasertransparentes oberes Teil auf ein laserabsorbierendes unteres Teil geleitet. Die absorbierte Laserenergie erweicht beide Teile bis zum Schmelzen. Durch äußeren Spanndruck werden die Teile beim Abkühlen miteinander verbunden. Üblicherweise werden Diodenlaser mit einer Wellenlänge im Infrarot-Bereich von 800 nm – 1000 nm verwendet.

Das Laserverfahren bietet viele Vorteile:

• Zur Herstellung der Fügeverbindung müssen die Fügepartner lediglich flächig aneinander anliegen. Es sind weder Energierichtungsgeber erforderlich, noch sackt die Schweißnaht ein.
• Man kann schmale Schweißnähte bis 0,1 mm Breite herstellen.
• Man erhält einwandfreie Schweißnähte, die auch höchsten Dichtigkeitsanforderungen gerecht werden. Ihre Zugfestigkeit entspricht der des unverstärkten Basispolymers.
• Im Gegensatz zum Vibrationsschweißen gibt es keine Relativbewegung zwischen den Fügepartnern. Es entstehen keine Schwingungen, die elektronische Bauteile beschädigen könnten.
• Man kann dreidimensionale Geometrien schweißen.
• Das Teil weist weder Markierungen noch Farbdurchschlag auf.
• Die Fügenaht hat einen weniger ausgeprägten Grat als bei anderen Verfahren.

Die vier wichtigsten Laserschweißverfahren sind:

• Punktschweißen
• Nahtschweißen
• Maskenschweißen
• Simultanschweißen

Beim Punktschweißen wird ein punktförmiger Laserstrahl mit rundem Querschnitt an einer vorprogrammierten Nahtkontur entlang geführt. Beim Nahtschweißen wird mit Hilfe eines linienförmigen Laserstrahls eine durchgehende Naht geschweißt, während beim Maskenschweißen der linienförmige Laserstrahl durch eine Maske mit vorgegebenem Muster abgeschattet wird. Beim Simultanschweißen wird über einen faseroptischen Kopf Laserenergie auf die gesamte Oberfläche gestrahlt; die Zykluszeit beträgt in der Regel drei bis fünf Sekunden.

Schweißbedingungen

Die Schweißbedingungen hängen von der Laserleistung, der Laserstrahlfokussierung und der Temperatur der Schmelzzone ab. Die Durchlässigkeit und Dicke des IR-transparenten Fügeteils bestimmen, wieviel Energie zu dem absorbierenden Teil gelangt. Während die meisten ungefüllten Polymere im Wellenlängenbereich von 800 nm bis 950 nm relativ transparent sind, kann der Zusatz von Füllstoffen, Verstärkungsstoffen oder Pigmenten die Energieabsorption deutlich erhöhen, wodurch beim Schweißen wesentlich mehr Laserenergie erforderlich ist. Wegen der Streuung ist der Energiebedarf beim Schweißen von teilkristallinen Polymeren höher als bei amorphen Polymeren.

Die nachstehende Tabelle gibt einen Überblick über die Schweißbarkeit unserer verschiedenen Kunststoffe: