Laserstrahlschweißen glasfaserverstärkter Kunststoffe
Industrielle Anwender stellen immer höhere Anforderungen an der Qualität von Produkten auch in der Kunststoffbranche. Besonders da, wo Kunststoffteile gefügt werden, spielt die Nahtqualität eine zentrale Rolle in der Beurteilung der Endqualität eines Produktes. Dieses gilt besonders für das Schweißen von Kunststoffen.
Beim Verschweißen von Kunststoffen werden zur Zeit meist konventionelle Fügeverfahren eingesetzt, die oft eine nicht ausreichende Qualität oder niedrige Prozeßgeschwindigkeiten aufweisen. Ein wesentlicher Nachteil beispielswiese des Heizelement- und des Warmgasschweißens besteht darin, daß thermische Energie nur durch Wärmeleitung in tiefere Materialschichten gelangt. Die erzielbare Aufheizgeschwindigkeit und somit die erreichbare Prozeßgeschwindigkeit wird durch die thermophysikalischen Werkstoffeigenschaften limitiert. Beim Reibschweißen ist die Verschmutzung des Inneren der Halbschalen mit partikelförmigen Verunreinigungen ein Problem.
Im Hinblick auf die Erprobung neuartiger Fertigungsverfahren, wurde am Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) der Einsatz von Laserstrahlung zum Verschweißen von Tubenhalbschalen des Kunststoffs (PA66) für Funktionsbauteile untersucht. Die Zielsetzung hierbei war die Qualifizierung des Laserschweißens für unterschiedliche Modifikationen (eingefärbt/ naturfarben), Glasfaseranteile und Materialdicken.
Als Strahlquelle wurden Diodenlasersysteme eingesetzt, die bei vergleichsweise geringer Ausgangsleistung von 100W, Vorschubgeschwindigkeiten oberhalb von 10m/min erzielten. Neben ihrem kompakten Aufbau zeichnen sich diese Strahlquellen durch den im Vergleich zum Festkörperlaser deutlich höheren Wirkungsgrad, ihre geringe Störanfälligkeit sowie die geringeren Betriebskosten aus.
Sowohl Zug- und Biegeversuche wie auch Dichtheitsprüfungen haben gezeigt, daß die Schweißnahtqualität hervorragend ist. Neben der gezielten Ausnutzung der Transmissionseigenschaften des Kunststoffes zeichnet sich der Einsatz des Lasers durch die berührungslose Einbringung der thermischen Energie sowie durch die hohe Flexibilität hinsichtlich unterschiedlicher Konturverläufe aus. Die günstige Preisentwicklung auf dem Diodenlasermarkt unterstützt hierbei die Einführung neuer laserbasierter Fertigungsprozesse in der Kunststoffbearbeitung. Fertigungsprozesse also, die bereits in anderen Industriebereichen durch hohe Effektivität und Qualität in den letzten Jahren zur Standortsicherung beigetragen haben.
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Laser Zentrum Hannover e.V.
Herr Dipl.-Ing. Oliver Thürk
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