BEI STAHL IN FORM – NEUESTER STAND - x-technik

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SpecIal vIenna-tec
Der Laser kann’s:
Kunststoffschweißen
Werden beim Schweißen von Kunststoffen hohe Anforderungen an
die Schweißnaht und die Prozesssicherheit gestellt, so zeigt sich das
Laserverfahren als das sicherste, hygienischste und schnellste – zusätzlich
ergeben sich durch das Laser-Kunststoffschweißen völlig neue Möglichkeiten.
Das Kunststoffschweißen mit Laser hat sich
in den letzten Jahren unter den existierenden
Fügeverfahren für Polymere etabliert.
Neben der stetigen Weiterentwicklung der
Werkstoffe wurde dies besonders durch die
Fortschritte im Bereich der Systemtechnik,
welche einen immer wirtschaftlicheren
Einsatz dieser innovativen Fügetechnologie
erlaubt, ermöglicht.
Das Laserschweißen von Kunststoffen hebt
sich durch seine Flexibilität, die hohe Präzision,
die zuverlässige hohe Qualität und seine
Wirtschaftlichkeit von konventionellen
Fügeverfahren ab. Es werden keine zusätzlichen
Stoffe, keine hohen Temperaturen
in die Bauteile eingebracht. Die Schweißnaht
bleibt durch dieses berührungslose
Verfahren partikelfrei und von höchster
optischer Qualität. Laserkunststoffschweißen
ist ein anspruchsloses Verfahren. Eine
einfache Werkstückaufnahme und geringe
Ansprüche an die Spannwerkzeuge, die
berührungslose und damit wartungsfreie
Schweißung sowie die durchgehende Qualitätsüberwachung
während des Fügeprozesses
sprechen für dieses Fügeverfahren.
Laser-Kunststoffschweiß-Methode
Beim Schweißen werden zwei Fügepartner
durch Wärme und Druck miteinander verbunden.
Dies gilt auch für das Laser-Kunststoffschweißen,
jedoch mit einem Unterschied:
Die Laserenergie wird in der Regel
nicht an der Oberfläche wirksam, sondern
genau im Bereich der Schweißnaht. Doch,
wie funktioniert das?
Da es sich beim Laser um Licht handelt,
kann der Laserstrahl mit Optiken gebündelt,
über Spiegel oder Lichtleitfasern geführt
werden. So gelangt die Energie zum
Werkstück. Grundsätzlich wird nicht die
gesamte Laserenergie wirksam. Die ein-
gestrahlte Energie wird zum Teil reflektiert,
durchdringt das Bauteil oder wird
absorbiert. Nur der absorbierte Anteil wird
wirksam, er wird in Wärme umgewandelt.
Selbst eine vergleichsweise geringe Laserleistung
erzielt eine hohe Energiedichte.
Der Laserstrahl wird auf wenige Mikrometer
fokussiert. Im Laserfokus kann die
Energiedichte problemlos über der auf der
Sonnenoberfläche liegen.
Beim Laser-Kunststoffschweißen im
Durchstrahlverfahren kommen ein lasertransparenter
und ein laserabsorbierender
Werkstoff zum Einsatz. Der Laser durchstrahlt
den oberen, lasertransparenten Fügepartner
praktisch ohne Absorption und
schmilzt die Oberfläche des darunterliegenden,
laserabsorbierenden Bauteils an.
Ein definierter Druck sorgt für eine gute
Wärmeleitung, sodass auch der obere Fügepartner
anschmilzt. Nach diesem Prinzip
haben sich verschiedene Schweißverfahren
etabliert.
Varianten des Laser-
Kunststoffschweißens
Beim Simultanschweißen wird die gesamte
Schweißnaht gleichzeitig durch einen
Laserstrahl erwärmt. Dieses Verfahren erfordert
eine sehr homogene Leistungsdichteverteilung,
auch über Radien und Höhensprünge.
Es setzt mehrere Laser oder
spezielle Masken voraus und kommt nur
noch bei extrem hohen Fertigungsstückzahlen
zum Einsatz.
Beim Quasisimultanschweißen fährt ein
Laserstrahl die Kontur mehrfach ab, bis
das gewünschte Schweißergebnis erreicht
ist. Durch die schnelle Bewegung des Laserstrahls
wird die gesamte Schweißnaht
quasi gleichzeitig plastifiziert. Das macht
z. B. Fügewegkontrollen möglich und hilft,
Formteiltoleranzen zu überwinden. Beim
Konturschweißen bewegt sich der Laser
relativ zum Bauteil. Es wird immer nur ein
kleiner Teil der Schweißnaht angeschmolzen.
Konturschweißen eignet sich insbesondere,
wenn ohne Schmelzeaustrieb
rotationssymmetrische oder sehr große
Bauteile gefügt werden sollen.
Kosteneffizienz & Einsatzgebiete
Moderne Laserschweißanlagen setzen sich
aufgrund stetig sinkender Preise für Strahlquellen
und neuer Prozessvarianten immer
weiter durch, es entstehen ständig neue
Anwendungen. Moderne Dioden- und
Faserlaser weisen eine Lebensdauer von
mehr als 20.000 Betriebsstunden auf und
gewährleisten einen problemlosen Einsatz
in industrieller Umgebung. Den Beweis der
Kosteneffizienz erbringt der Einsatz in der
stets kostengetriebenen Automobilzulieferindustrie
– in der Gesamtkostenrechnung
schneidet das Laser-Durchstrahlschweißen
von Thermoplasten hervorragend ab.
Das Laserschweißen von Kunststoffen
reduziert das Verbrauchsmaterial und
zeichnet sich auch durch hervorragende
Schweißqualität aus. Laserschweißen ist
ein berührungsloses Verfahren, das die
mechanische Belastung der Bauteile bis
auf ein Minimum reduziert. Es ist lediglich
der Fügedruck der senkrecht auf dem zu
fügenden Produkt lastet. Schwingungen,
die das Kunststoffgehäuse oder eventuell
vorhandene Komponenten im Inneren
schädigen könnten, treten nicht auf. Genau
diese Eigenschaft hat dafür gesorgt, dass
Elektronikgehäuse aller Art eine Pionierrol-
Blechtechnik 3/September 2012