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Laserdurchstrahlschweißen von Kunststoffen

1980
Laserdurchstrahlschweißverfahren von thermoplastischen Bauteilen in der Kunststofftechnik.

Das Laserdurchstrahlschweißen verbindet zwei überlappende thermoplastisch Teile, indem ein Laserstrahl durch ein laserdurchlässiges Oberteil auf ein laserabsorbierendes Unterteil geleitet wird. Die absorbierte Laserenergie erhitzt und schmilzt die Grenzfläche. Durch den Anpressdruck verschmelzen die geschmolzenen Schichten, und beim Abkühlen entsteht eine starke, saubere Schweißnaht. Diese Methode ist präzise, berührungslos und erzeugt minimale thermische Stress oder Verunreinigung durch Partikel.

Diese Technik beruht auf den unterschiedlichen optischen Eigenschaften der beiden Kunststoffe zusammengefügt werden. Die obere Schicht muss für die spezifische Laserwellenlänge (z. B. Nahinfrarot eines Dioden- oder Nd:YAG-Lasers) transparent oder lichtdurchlässig sein, während die untere Schicht einen absorbierenden Zusatzstoff enthalten muss, häufig Ruß oder spezielle Farbstoffe, um die Lichtenergie in Wärme umzuwandeln. Das Verfahren ist sehr gut steuerbar und ermöglicht präzise Schweißbahnen, die durch die Bewegung des Lasers über Robotik oder Scanner-Optik. Die Klemmkraft ist entscheidend, um einen guten thermischen Kontakt zu gewährleisten und die Schweißnaht zu schmieden, wenn die Schnittstelle schmilzt. Diese Methode führt zu ästhetisch ansprechenden Schweißnähten ohne Grat- oder Partikelbildung und ist daher ideal für medizinische und elektronische Anwendungen, bei denen Sauberkeit von größter Bedeutung ist.

Es gibt verschiedene Varianten, wie Konturschweißen (Pfadverfolgung), Quasi-Simultanschweißen (mehrmaliges schnelles Scannen des Pfads) und Simultanschweißen (mit mehreren Strahlen oder Masken), die einen Kompromiss zwischen Geschwindigkeit, Flexibilität und Gerätekosten bieten. Der Erfolg der Schweißung hängt von der Materialverträglichkeit, der Konzentration des absorbierenden Zusatzstoffs, der Laserleistung, der Schweißgeschwindigkeit und dem Klemmdruck ab.

UNESCO Nomenclature: 3322
- Polymer-Technologie

Typ

Physikalischer Prozess

Unterbrechung

Wesentlich

Verwendung

Weit verbreitete Verwendung

Vorläufersubstanzen

  • Erfindung des Lasers durch Theodore Maiman im Jahr 1960
  • Verständnis der optischen Eigenschaften von Polymeren (Transmission, Absorption, Streuung)
  • Entwicklung industrieller Dioden- und Nd:YAG-Laser
  • Fortschritte in der Computertechnik numerische Steuerung (CNC) für präzise Bewegungssteuerung

Anwendungen

  • Medizinprodukte (Mikrofluidik Chips, Katheter)
  • Automobilsensoren und Elektronikgehäuse
  • Unterhaltungselektronik (Abdichten von Gerätegehäusen)
  • hermetische Versiegelung von Verpackungen
  • Fügen von empfindlichen oder komplex geformten Bauteilen

Patente:

NA

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