bayern Metall 04/2022

Kunststofffügen über große Flächen mit
Multifokal-Laseroptik
Mit einem neuartigen Schweißkopf
kann Kunststoff großflächig miteinander
verbunden werden, sogar
Kunststoff mit Metall. Das LZH hat
zusammen mit sechs Partnern aus
der Wirtschaft Equipment und Prozess
entwickelt.
Laserschweißverfahren für Kunststoffbauteile
werden bisher vor allem dafür
eingesetzt, schmale Schweißnähte zu
erzeugen, etwa für Mikrofluidik-Anwendungen
oder für das Verschweißen
von elektronischen Komponenten
und Behältern. Um Kunststoff über
größere Anbindungsflächen zu fügen,
ist ein großer Laserspot notwendig.
Dieser kann jedoch Energie meist nur
mit einer konstanten Intensitätsverteilung
in das Werkstück einbringen. Relevant
ist dies insbesondere bei Kurven:
Im äußeren Bereich der Kurve
wird bei einem klassischen Ansatz zu
wenig, im inneren Bereich zu viel Energie
eingebracht.
Im Projekt MULTISPOT hat das LZH
zusammen mit vier kleinen und mittleren
Unternehmen (KMU) sowie mit
zwei assoziierten Partnern ein neues
Verfahren entwickelt, um über große
Flächen Kunststoff an Kunststoff aber
auch Kunststoff an Metall zu fügen.
Laserleistung in einem Feld
individuell einstellen
Dazu hat die neoLASE GmbH zusammen
mit der COHERENT Inc. eine Diodeneinheit
mit neun einzeln ansteuerbaren
Diodenstacks entwickelt. Das
Besondere: Die Laserleistung der
Spots kann unabhängig voneinander
eingestellt werden. Mit einer speziell
entwickelten Optik der Sill Optics
GmbH & Co. KG ist es so möglich, die
Intensitätsverteilung anzupassen. Damit
lässt sich die Temperatur in der
Schweißnaht je nach lokaler Dicke und
Beschaffenheit des Materials sowie
die Schweißnahtgeometrie einstellen.
Die LMB Automation GmbH hat die
Komponenten in einem Schweißkopf
vereint. Möglich wurde die Entwicklung
erst durch ein Messgerät der PRI-
MES GmbH, mit dem sich erstmalig
multifokale Optiken vermessen lassen.
Mit dem neuen Prozess konnte erfolgreich
bei einem Türdemonstrator der
Volkswagen AG Kunststoff an Metall
gefügt werden.
Mit dem neuen
Prozess konnte
erfolgreich bei einem
Türdemonstrator der
Volkswagen AG
Kunststoff an Metall
gefügt werden.
Dieser neuartige
Schweißkopf
macht großflächige
Anbindungen
von Kunststoff an
Kunststoff und
Kunststoff an Metall
möglich.
(Fotos: LZH)
Weitere Informationen
unter www.lzh.de.
Prozess- und Softwareentwicklung
aus dem LZH
Den Prozess für den neuen Schweißkopf
haben die Wissenschaftler/-innen
des LZH entwickelt. Für eine optimale
Anbindung von Kunststoff an Metall,
strukturieren sie das Metall vorab. Danach
erhitzen sie das Metall des Werkstücks
so stark, dass über eine Wärmeleitung
der Kunststoff aufschmilzt und
sich fest mit dem Metall verbindet. Mit
dem Prozess konnten sie erfolgreich
Türelemente aus Kunststoff an einen
metallenen Rahmen fügen. Wichtig für
den Einsatz in der Serienproduktion im
Automobilbau ist die Automatisierbarkeit
des Prozesses. Dafür haben die Wissen
schaftler/-innen zusammen mit LMB
Automation GmbH Konzepte für den
Einsatz des Schweißkopfs auf einem
Roboterarm entwickelt und notwendige
Software-Programme geschrieben. Dadurch
kann das vorgegebene Laserleistungsprofil
beim Verfahren des Roboterarms
exakt eingehalten werden. Die
Volkswagen AG hat dabei bei der praktischen
Umsetzung unterstützt und Demonstratorteile
zur Verfügung gestellt.
Gefördert wurde das Projekt MULTI­
SPOT vom Bundeministerium für Bildung
und Forschung im Rahmen von
KMU-innovativ.
(Quelle: Laser Zentrum Hannover e. V.)
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