Kunststoff-Laserschweissen: Beratung, Labortests, Kleinserie
Das Laserschweissen von Kunststoffen hat wie jede Fügetechnik seine eigenen Designregeln um eine gute und zuverlässige Verbindung erzielen zu können. ProByLas bietet neben den Maschinen auch Beratung beim Design der Kunststoffbauteile an, um den Laserprozess optimal anwenden zu können.
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Verschiedene Prozesstypen fürs Laserschweissen von Kunststoffen abhängig von Design des Bauteils. -
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Designregel für die Ausgestaltung des Bauteils bei der Schweissnaht. -
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Kompatibilitäts-Matrix für unterschiedliche Kombinationen von Kunststoffen. -
Einfärbung des Kunststoff mit Farbstoff, der fürs Auge schwarz ist aber für den Laser transparent. -
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Aufbringung von zusätzlichem Laserabsorber auf Bauteile für Laborversuche. -
Einfärbung des Kunststoff mit einem laserabsorbierenden Farbstoff (rechts). -
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Schnitt durch Schweissnaht um Qualität der Verbindung zu analysieren.
Um zwei Kunststoffbauteile miteinander verbinden zu können, gibt es unterschiedlichen Fügemethoden von mechanischem Verbinden (z.B. Schrauben) über Kleben bis zu Schweissen. Sie alle haben ihre spezifischen Vor- und Nachteile sowie Designregeln, die bei der Auslegung des Bauteils beachtet werden sollten.
Beim Laserschweissen von Kunststoffen bietet ProByLas neben den Maschinen auch die Unterstützung beim Produktdesign an. Auch können im Anwendungslabor erste Prototypen geschweisst sowie Kleinserien gefertigt werden.
Speziell bei einem ersten Design fürs Laserschweissen ohne spezifische Erfahrung ist eine solche Beratung im Entwicklungsprojekt sehr hilfreich. Der Kunde bekommt Gewissheit, dass die Technik für sein Bauteil funktioniert, bevor die Investition in eine Maschine erfolgt.
Auswahl Prozesstyp
Beim Schweissen von Kunststoffen gibt es unterschiedliche Prozesstypen (siehe Bild Prozesstypen), die je nach Bauteil und Anforderungen mehr oder weniger geeignet sind.
Design der Schweissnnaht
In der Schweissnaht müssen die beiden Bauteile flach aufeinander liegen und das obenliegende Bauteil darf den Laserstrahl auf dem Weg zur Schweissnaht nicht ablenken (siehe Bild Designregeln und No-goes).
Auswahl der Kunststoffe
Am besten sind die Kunststoffe der beiden Bauteile vom selben Polymertyp, so dass diese bei einer ähnlichen Temperatur schmelzen und sich durchmischen können. Bei ungleichen Poylmertypen sollten diese zumindest chemisch so ähnlich sein, dass sie sich in der Schmelze mischen (siehe Bild Kompatibilitätsmatrix).
Einfärbung laser-transparent und laser-absorbierend
Damit die Energie des Laserstrahls in der Kontaktfläche der beiden Bauteile zu Wärme umgesetzt wird, muss das obere Bauteil für den Laser weitgehend transparent sein und das untere den Laser absorbieren.
Auswahl des Lasertyps und Wellenlänge
Beim klassischen Laserschweissen mit einem laser-transparenten auf laser-absorbierenden Bauteil kommt meist der fasergekoppelte Diodenlaser bei einer Wellenlänge von 980 nm zum Einsatz. Erfordert das Bauteil sehr feine Schweissnähte wird zum Faserlaser gewechselt (Wellenlänge 1070 nm).
Sollen hingegen zwei farblose transparente Bauteile ohne zusätzlichen Farbstoff verbunden werden, muss die Laserwellenlänge zu 1700-2000 nm verschoben werden bei denen die allermeisten Polymere das Laserlicht von sich aus leicht absorbieren.
Auslegung der Aufnahme und Spannwerkzeug
Während dem Schweissprozess müssen die beiden Bauteile zusammengedrückt werden, damit eine Wärmeleitung vom unteren zum oberen Bauteil sichergestellt ist und sich die Schmelzen mischen können. Das untere Bauteil wird mit einer Aufnahme ausgerichtet und unter der Schweissnaht abgestützt. Von oben drückt eine Glasplatte oder ein spezifisch angepasstes Spannwerkzeug auf das obere Bauteil und stellt den Kontakt mit dem unteren Bauteil sicher.
Schweissen von Materialmustern
Falls zuerst die Kompatibilität der gewählten Kunststoffe oder auch deren Einfärbung getestet werden soll, können wir in unserem Anwendungslabor erste Machbarkeitstests an Materialmustern durchführen und evaluieren.
Schweissen von Prototyp-Mustern
Mit einem Design, das die obenstehenden Punkte gut berücksichtigt, können Prototypenteile im Anwendungslabor geschweisst und die Prozessparameter optimiert werden.
Muster können bei ProByLas oder beim Endkunden auf die gewünschte Funktion geprüft und analysiert werden.
Schweissen von Kleinserien
Im Anwendungslabor von ProByLas können auch kleinere Serien von Bauteilen geschweisst werden für ausgedehntere Tests beim Kunden oder zu Beginn einer Produkteinführung bis eine eigene Maschine vorhanden ist.
Produktionskonzept und Maschinenauswahl
Abhängig von angestrebten Stückzahlen, Produktionskonzept und Anforderungen an Prozessdaten für Qualitätsüberwachung sind unterschiedliche Prozesstypen und Maschinenkonfigurationen am besten geeignet.
Miete von Maschinen
Für Prozessoptimierung beim Kunden selbst oder Start der Produktion bietet ProByLas auch die Miete von Maschinen an, bevor der Kunde in eine eigene Maschine investiert.
