Modernes Laserschweißen von Kunststoffen
Der Einsatz von Polymeren (bzw. Kunststoffen) hat auf vielen Gebieten zu erheblichen Gewichtsreduzierungen und Kostensenkungen beigetragen sowie die Auswirkungen auf die Umwelt durch bessere Recycelbarkeit vermindert. Zumeist ist es unmöglich, ein Teil aus einem einzigen Materialstück ohne Nähte zu fertigen. Es muss gefügt werden und so ist das Laserschweißen von Kunststoffen zu einem starken Wettbewerber der konventionellen Schweißverfahren geworden. Das EU-finanzierte Projekt "Extending the process limits of laser polymer welding with high-brilliance beam sources" (POLYBRIGHT) konnte den aktuellen Stand der Technik weiterentwickeln. Die Forschenden entwickelten neuartige Laserkonzepte für Wellenlängen im mittleren Infrarotbereich (IR), die an die Absorptionseigenschaften von Kunststoffpolymeren angepasst sind. Sie steigerten die Laserleistung, indem man mehrere Diodenlaser kombinierte, und entwickelten eine Nahinfrarotquelle und einen Laser speziell für Polymere ohne Additive. Mit innovativer Strahlformungsoptik konnte die Intensität der Laserquellen im Sinne verbesserter Schweißparameter modifiziert werden. Die Forscher erweiterten außerdem mit der Entwicklung von wellenlängenangepassten Polymeren und Additiven das Spektrum der zu dem Verfahren kompatiblen Materialien. Und so konnte tatsächlich eine der größten Herausforderungen, das Schweißen weißer Ware wie etwa von Waschbottichen, mit Hilfe der POLYBRIGHT-Technologie gemeistert werden. Verbesserungen in der Prozessleistung einschließlich besserer Wärmemanagementtechnologie und Hochgeschwindigkeits-Scanning sowie flexibler rekonfigurierbarer Montagemaschinen werden hohe Produktivität und Zuverlässigkeit bei geringeren Kosten ermöglichen. Es wurden drei verschiedene Prototyp-Maschinenkonzepte entwickelt, um die neuen hochbrillanten Laserquellen, Optik- und Hochgeschwindigkeits-Scanning-Technologien zu kombinieren. Sie zielten auf die Erfüllung der Industrieanforderungen der europäischen Partnerunternehmen in den Sektoren Fahrzeugbau, weiße Ware und medizinische Geräte ab. Die Prototypen funktionierten in Hinsicht auf Produktivität, Qualität, Zykluszeit und Prozesswiederholbarkeit bestens. In sämtlichen Tests wurde die Konkurrenzfähigkeit des Laserschweißens von Kunststoffen mit etablierten Schweißverfahren validiert. Die POLYBRIGHT-Website präsentiert die Erfolge anhand von Dokumentationen, Newslettern und Videos. Mit den Projektfortschritten werden die Barrieren hinsichtlich Qualität und Geschwindigkeit überwunden, die bislang der Umsetzung des Laserschweißens von Polymeren im Wege standen. Hier eröffnen sich neue Märkte für Lasersysteme und und wird die EU im globalen Maßstab in eine Wettbewerbsposition gebracht.
Schlüsselbegriffe
Laserschweißen, Polymere, Schweißtechnik, Laserpolymerschweißen, hochbrillante Strahlquellen, mittleres Infrarot, Diodenlaser, strahlformende Optik, Wärmemanagementtechnologie, Hochgeschwindigkeits-Scanning
