Kunststoffschweißen

Laserschweißen wird in der Konsumgüter- und

Automobilindustrie sowie der Medizintechnikbranche vermehrt

zum Fügen von Kunststoffen bzw. Polymeren eingesetzt.

 

Neue Faserlaser vergrößern das Spektrum von

Polymerwerkstoffen, die mittels Laser geschweißt 

werden können, erheblich.

In Fällen, in denen Flexibilität bei der Fertigung und ein präzises berührungsloses Verfahren erforderlich ist, kann das Laserschweißen von Kunststoffen mit dem Ultraschallschweißen konkurrieren. In diesen Fällen ermöglicht die Technologie zuverlässige und kostengünstige Lösungen zum Fügen verschiedener thermisch schweißbarer Polymerwerkstoffe.

Die Thulium-Faserlaser von IPG emittieren einen Laserstrahl längerer Wellenlänge, der durch die Stärke des Kunststoffs effizienter absorbiert wird und das Schmelzen auf eine genau kontrollierte Tiefe ermöglicht ohne zusätzliche Absorber. Diese jüngste als Laserdurchschweißen (Through Laser Welding, TLW) oder Schweißen mit einem Laser im mittleren Infrarotbereich (Mid-Infrared Laser, MIRL) bezeichnete Entwicklung ist ein hochpräzises berührungsloses Verfahren, mit dem transparente Kunststoffkomponenten miteinander verschweißt werden können. Das Verfahren eignet sich außerordentlich gut für die transparenten Kunststoffkomponenten, die in der Medizintechnikbranche verwendet werden, in der dunklere Kunststoffe oder Zusatzstoffe nicht erwünscht sind. Das Verfahren setzt sich nun auch in der Verbrauchsgüterindustrie durch und wird dort für doppelwandige Flüssigkeitsbehälter eingesetzt. Neuere Entwicklungen in den Bearbeitungsverfahren haben gezeigt, dass diese Wellenlänge viele Vorteile bietet, darunter schnellere Bearbeitungszeiten als ein 1 µm-Laser und ein deutlich breiteres Spektrum von schweißbaren Kunststofffarben. Darüber hinaus ist der Spanndruck niedriger, und in vielen Fällen sind keine lichtdurchlässigen Spannplatten erforderlich.

 

Das herkömmliche Verfahren zum Laserschweißen von Kunststoffen wird als Laserdurchstrahlschweißen (Through Transmission Laser Welding, TTLW) bezeichnet.  In diesem Fall werden Laser im Wellenlängenbereich von 1 μm verwendet, um zwei thermoplastische Komponenten zu verschweißen. Eine Komponente der Verbindung muss dabei den Strahl übertragen, und die andere muss ihn absorbieren. Dies erfordert die Verwendung einer dunklen Komponente oder einer speziellen teuren Tinte bzw. eines teuren Farbstoffs für die absorbierende Schicht. IPG bietet für dieses Verfahren luftgekühlte Direktdiodenlaser mit einer durchschnittlichen Leistung von bis zu 200 Watt an. IPG hat für Kunststoffschweißanwendungen auch Multimode-CW-Faserlaser mit bis zu 200 Watt bereitgestellt.

Beide Verfahren können für eine Vielzahl thermoplastischer Materialien verwendet werden, setzen jedoch die thermische Schweißbarkeit und chemische Verträglichkeit sowie ähnliche Schmelzbereiche der Materialien voraus.  Beide Verfahren erfordern eine durchschnittliche Leistung von 100 – 200 Watt, um realistische Fügegeschwindigkeiten mit guter Schweißnahtfestigkeit zu erreichen. IPG Photonics ist der einzige Anbieter von 2 μm-Thulium-Faserlasern in diesem Leistungsbereich.

Polymere

Polykarbonat Thermoplastisches Urethan Nylon
Polypropylen Polyethylen (HDPE/LDPE) ABS-Kunststoff

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