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3D-Micromac Lasermikroschweißen von Kunststoffen

Redakteur: M.A. Frauke Finus

Durch gezieltes Einbringen von Energie ist es möglich, unterschiedliche polymere Werkstoffe im Durchstrahlverfahren miteinander zu fügen. Der Schlüssel zum Erfolg liegt dabei in der Auswahl der Parameter. Die 3D-Micromac AG hat eine Vielzahl von Materialkombinationen und Laserquellen untersucht, um die bestmöglichen Konfigurationen für medizintechnische Applikationen zu finden.

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Schematischer Ablauf beim thermischen Fügen von schmelzbaren polymeren Werkstoffen (von links nach rechts).
Schematischer Ablauf beim thermischen Fügen von schmelzbaren polymeren Werkstoffen (von links nach rechts).
(Bild: 3D-Micromac)

Mit dem etablierten Schweißen mittels Laser gelingt es, geringe Nahtbreiten ohne Partikelrückstände und ohne Oxidationsprdukte zu erzeugen. Die zu verschweißenden Teile werden außerdem nicht mechanisch und nur gering thermisch belastet.

Auswahl anwendungsspezifischer Parameter

Eine Vielzahl der existierenden Kunststoffarten können mit Hilfe einer Laserstrahlquelle bearbeitet werden, wobei jedoch material- und verfahrensspezifische Besonderheiten beachtet werden müssen. Genau genommen können lediglich schmelzbare Polymere geschweißt werden. Wichtig dabei ist, dass eine Polymerverträglichkeit zwischen den jeweiligen Fügepartnern besteht und dass deren Schmelztemperaturen relativ nah beieinander liegen.

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Im Rahmen zahlreicher Untersuchungen hat 3D-Micromac unterschiedliche Laserstrahlquellen auf ihre Fähigkeit untersucht, polymere Werkstoffe thermische zu fügen. Dabei wurden sowohl Festkörperlaser als auch Faserlaser mit unterschiedlichen Wellenlängen in die Betrachtung einbezogen.

Die Positionierung des Strahls auf dem Bauteil wurde meist durch an die Wellenlänge angepasste Scannersysteme realisiert, um eine hohe Vorschubgeschwindigkeit bei kleiner Maschinenbauform zu ermöglichen. Es sind zudem verschiedene Bearbeitungsstrategien, wie Konturschweißen oder Simultanschweißen, zur Anwendung gekommen, um die Entwicklung der lasergestützten Mikrofügetechnologie für sehr dünne mikrostrukturierte Kunststoffsubstrate voranzutreiben, sowie die Erzeugung von festen, dichten und lokal auf Mikrometerabmessungen begrenzten Fügestellen zu ermöglichen. Außerdem sollte die Erzeugung von festen, dichten und lokal auf Mikrometerabmessungen begrenzten Fügestellen ermöglicht werden.

cw-Faserlasersysteme sind besonders effektiv

Als besonders effektive Strahlquellen zeigten sich dabei die cw-Faserlasersysteme. Die nach diesem Aufbau erzeugten Verbindungen zwischen artgleichen Kunststoffen wie Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalat (PEN) oder Polycarbonat (PC) haben in den anschließenden Versuchen zur Bestimmung der mechanisch-technologischen Eigenschaften gute Ergebnisse gezeigt.

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