Laser-Durchstrahlschweißen (LTW)
Laserdurchstrahlschweißen von Kunststoffen
Das Laserdurchstrahlschweißen ist ein bewährtes Verfahren zum Verbinden von Kunststoffteilen mit hoher Präzision und Zuverlässigkeit. Es basiert auf dem Prinzip der Übertragung von Laserenergie durch einen transparenten Fügepartner und der selektiven Absorption der Energie im darunter liegenden Material, wodurch lokale Wärme erzeugt wird und eine starke, saubere Schweißnaht entsteht.
Das Verfahren eignet sich besonders für Anwendungen, die eine hohe optische Qualität, dichte Nähte und eine minimale thermische Belastung erfordern. Es ermöglicht partikelfreies, berührungsloses Fügen und ist in Branchen wie der Automobil-, Medizin- und Konsumgüterindustrie weit verbreitet.
Je nach Bauteilgeometrie, Materialkombination und Produktionsanforderungen können verschiedene Prozessvarianten angewendet werden. Dazu gehören Maskenschweißen, Konturschweißen, Radialschweißen, Quasi-Simultanschweißen, Advanced-Quasi-Simultanschweißen und Simultanschweißen.
Jede Methode bietet spezifische Vorteile in Bezug auf Zykluszeit, Flexibilität und Schweißqualität. So können Hersteller das optimale Verfahren für ihre Anwendung auswählen und eine effiziente Produktion sowie konsistente, reproduzierbare Ergebnisse sicherstellen.
Prozess-Varianten
Beim Konturschweißen folgt ein fokussierter Laserstrahl der Schweißnaht einmal oder mehrmals entlang der definierten Fügekontur. Der Kunststoff wird nur an der Stelle aufgeschmolzen, an der der Laser direkt auftrifft, und erstarrt sofort wieder, nachdem der Strahl vorbeigegangen ist. Das Ergebnis ist eine saubere, präzise Schweißnaht ohne sichtbaren Schmelzeaustrieb, wodurch sich das Verfahren besonders für Bauteile mit ästhetischen oder funktionalen Oberflächenanforderungen eignet. Das Konturschweißen ist außerdem sehr flexibel, da der Schweißweg an unterschiedliche Bauteilgeometrien angepasst werden kann. Es kann sowohl für kleine als auch für große Kunststoffteile verwendet werden, einschließlich Komponenten mit komplexen Konturen oder größeren Abmessungen.
Typische Anwendungen sind Fahrzeugleuchten, große Gehäuse, Displaykomponenten und Kunststofftanks oder -behälter.
Das Radialschweißen ist eine spezielle Form des Konturschweißens, die für runde oder rotationssymmetrische Komponenten entwickelt wurde. Typische Anwendungen sind Rohre, Verbindungsstücke, Behälter, ringförmige Gehäuse und flüssigkeitsführende Kunststoffbauteile. Im Gegensatz zu anderen Verfahrensvarianten kann der Fügedruck oft durch die Bauteilgeometrie selbst erzeugt werden, zum Beispiel durch eine Presspassung. Dies kann den Bedarf an externer Spanntechnik in direktem Kontakt mit dem Bauteil verringern. Je nach Aufbau dreht sich entweder das Bauteil, der Laser bewegt sich um das Bauteil oder der Strahl wird durch Spiegel geführt. Das Ergebnis ist ein wirtschaftlicher und reproduzierbarer Prozess für runde Schweißnähte.
Typische Anwendungen sind Kühlrohre, Flüssigkeitsanschlüsse, zylindrische Filtergehäuse und ringförmige Sensor- oder Aktuatorkomponenten.
Beim Maskenschweißen wird die Schweißgeometrie durch eine physische Maske definiert, die sich zwischen der Laserquelle und dem Bauteil befindet. Nur die durch die Maske freigelegten Bereiche werden bestrahlt und geschweißt, während das umgebende Material geschützt bleibt. Dies ermöglicht sehr feine, scharf definierte Schweißstrukturen und ist besonders nützlich für kleine Teile oder Anwendungen mit empfindlichen Geometrien. Typische Anwendungsbereiche sind mikrofluidische Komponenten, Diagnosekassetten und präzise Kanal- oder Membranstrukturen. Das Maskenschweißen ist weniger flexibel als scannerbasierte Verfahren, wenn sich Geometrien ändern, aber es bietet eine hervorragende Genauigkeit und saubere Nahtdefinition, wenn sehr kleine oder komplexe Schweißmuster erforderlich sind.
Typische Anwendungen sind Lab-on-chip-Kartuschen, mikrofluidische Kanalplatten, diagnostische Verbrauchsmaterialien und feine Membran- oder Filterstrukturen.
Beim Quasi-Simultanschweißen führt ein Scanner den fokussierten Laserstrahl mehrmals mit sehr hoher Geschwindigkeit entlang der Schweißkontur. Da der Laser wiederholt über die gesamte Kontur fährt, werden alle Bereiche der Naht fast gleichzeitig erhitzt und aufgeschmolzen. Unter Spannkraft bewegen sich beide Fügepartner aufeinander zu und das geschmolzene Material wird an der Schweißnaht seitlich verschoben. Dieser Fügeweg kann Bauteiltoleranzen ausgleichen und kann auch zur Prozessüberwachung genutzt werden.
Das Quasi-Simultanschweißen eignet sich besonders für Gehäuse, Sensoren, elektronische Komponenten und flache Baugruppen, die dichte, zuverlässige und wirtschaftliche Schweißnähte erfordern.
Advanced Quasi-Simultaneous Welding ist ein patentiertes EVOSYS-Verfahren, das die Möglichkeiten des herkömmlichen Quasi-Simultan-Laser-Kunststoffschweißens erweitert. Das Verfahren kombiniert zwei Laserquellen mit unterschiedlichen Wellenlängen in einem Bearbeitungskopf. Je nach Material und Anwendung können die beiden Laser den Fügebereich gleichzeitig oder abwechselnd mit einer definierten Frequenz bestrahlen. Dadurch können beide Fügepartner direkter und selektiver erwärmt werden. Dadurch kann der Schweißprozess schneller werden, das Prozessfenster kann erweitert werden, und neue Materialkombinationen werden möglich. AQW ist besonders wertvoll für anspruchsvolle Anwendungen, bei denen Festigkeit, Prozessstabilität, kurze Zykluszeiten oder eindeutige Schweißkonzepte wichtig sind.
Typische Anwendungen sind transparente Kunststoffteile, hochfeste Gehäuse, schwierige Materialkombinationen und Komponenten mit hohen Anforderungen an Dichtigkeit oder Zykluszeit.
Beim Simultanschweißen wird die gesamte Schweißnaht gleichzeitig durch eine oder mehrere Laserquellen oder durch speziell geformte Optiken erhitzt und aufgeschmolzen. Die Energieverteilung muss so gestaltet sein, dass die Linienenergie möglichst gleichmäßig über die gesamte Schweißnahtkontur verteilt ist. Ähnlich wie beim Quasi-Simultanschweißen bewegen sich die Fügepartner unter Spannkraft aufeinander zu, und der Fügeweg kann zum Ausgleich von Toleranzen und zur Überwachung des Prozesses genutzt werden. Das Simultanschweißen bietet sehr kurze Zykluszeiten und eine hohe Wiederholgenauigkeit und eignet sich daher besonders für die Großserienfertigung, wiederkehrende Geometrien, Punktschweißungen, Ringschweißungen und Anwendungen mit hohen optischen Qualitätsanforderungen.
Typische Anwendungen sind ringförmige Schweißnähte, großvolumige Sensorgehäuse, medizinische Verbrauchsmaterialien und optisch anspruchsvolle Kunststoffbaugruppen.
Häufig gestellte Fragen
Dies hängt von Material, Design und Funktion und den Anforderungen Ihres Produkts ab. Auch die Fertigungstoleranzen der einzelnen Teile sollten berücksichtigt werden.
Klingt komplex, aber unser Team kann bei Kenntnis Ihrer Anforderungen mit einer kurzen Überprüfung leicht die beste Variante definieren.
Das Advanced Quasi-Simultan-Schweißverfahren ermöglicht Ihnen das Schweißen von Materialkombinationen, die mit anderen Verfahren nicht ohne weiteres schweißbar sind, und es erhöht die Stabilität und Robustheit der Schweißergebnisse in der Serienproduktion.
Für Labormaschinen bietet der AQW-Schweißkopf additionall maximale Flexibilität, da Sie fast alle anderen LTW-Prozessvarianten wie Kontur- und Quasi-Simultanschweißen durchführen oder die höhere Wellenlänge für das EvoClear-Schweißen nutzen können.
Eigentlich gibt es keine Standardschweißmethode, sondern alle Varianten sind je nach Ihren Teilen, Materialien und Anforderungen einsetzbar.
Am häufigsten wird für flache Teile das Quasi-Simultanschweißen mit der integrierten Kollapskontrolle verwendet, um höchste Qualität der produzierten Teile und beste Zykluszeiten zu gewährleisten. Für bestimmte Materialien oder andere Anforderungen können andere Methoden oder Kombinationen verschiedener Methoden bevorzugt werden.
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