Lasermikroschweißen von Kunststoffen

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Unter Zuhilfenahme eines speziellen Absorbers war es möglich, stoffschlüssige Fügeverbindungen zu erzeugen. Auf Grund der Wellenlänge (λ = 1070 ±10 nm) ist diese Vorgehensweise bei den benannten Kunststoffen zur Verbesserung der Strahleinkopplung zwingend nötig.

Kanalsysteme für die Mikrofluidtechnik fügen

Das Versiegeln von aufwändigen Kanalstrukturen auf mikrofluidischen Systemen und dichtes Verschließen von Elektronikkomponenten gewinnen immer mehr an Bedeutung. Beim Verschließen von Elektronikkomponenten werden äußere Einflüsse auf die Elektronik sowie der Kontakt mit dem menschlichen Organismus verhindert. Eine Herausforderung beim Laserschweißen von Mikrofluidik-Bauteilen besteht in der Erzeugung kleinstmöglicher Nahtgeometrien, um etwaige Beschädigungen der filigranen Strukturen zu vermeiden. Im vorliegenden Anwendungsbeispiel belief sich die Materialstärke der Folien auf 175 bzw. 250 µm. Die bereits im Material vorhandenen Kanalstrukturen wiesen eine Tiefe von 20 µm und eine Breite von 20 bis 80 µm auf. Die Schweißnähte müssen laut Vorgabe entlang der Stege verlaufen und dürfen diese weder an- noch einschmelzen. Dies bedeutet, dass die Nahtbreite stets kleiner als die Stegbreite sein muss. Demzufolge sind die verwendete Laserleistung und die Schweißgeschwindigkeit genauestens auf die Applikation anzupassen. Auch der Fügedruck wurde punktuell abgestimmt.

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Lasersystem Microweld

Untersuchungen von 3D-Micromac haben ergeben, dass Laserstrahlquellen mit einer Wellenlänge von 1.064 nm für thermisches Fügen von schmelzbaren polymeren Werkstoffen geeignet sind. Eine Absorberschicht zwischen den Bauteilen ist aber erforderlich. 3D-Micromac hat nach diesen Ergebnissen das Lasersystem Microweld entwickelt.

Das System bietet geringen, steuerbaren Energieeintrag und punktgenaue Erhitzung, was eine niedrige thermische und mechanische Belastung des Werkstücks bewirkt. Dadurch wird auch die Bearbeitung von bereits mit Elektronik ausgestatteten Baugruppen möglich. Flexible Materialien, wie zu verschweißende Folien, können im Rolle-zu-Rolle-Verfahren innerhalb des Systems zugeführt werden

Nahtgeometrien und -breiten, kleiner 80 µm sind möglich

Die Untersuchungen haben gezeigt, dass Verbindungen mit unterschiedlichen Nahtgeometrien und -breiten, kleiner als 80 µm, zwischen zwei artgleichen polymeren Werkstoffen möglich sind. Bild 3 (s. Bildergalerie) zeigt die Verbindung zwischen zwei unstrukturierten Proben. Bild 4 zeigt die Verbindung zwischen zwei strukturierten Proben. Sehr gut ist dabei der Wirkbereich der Laserstrahlung zu erkennen. Ebenso ist ersichtlich, wie viel Material umgeschmolzen wurde. Außerdem zeigt die Abbildung, dass durch die Variierung der Parameter auch eine Veränderung der Schweißnahtbreite möglich wird und dass selbst bei Ansatzpunkten von neuen an bereits vorhandenen Nähten keine Schädigungen erfolgt sind.

Die thermische Belastung des Grundmaterials wird deutlich eingeschränkt und eine eventuelle Materialschädigung vermieden. Geeignete Laser-Parameter ermöglichen eine gleichmäßige Verbindung zwischen den Fügepartnern und somit eine hermetisch dichte Verschweißung der polymeren Werkstoffe. Abmessungen im Mikrometerbereich stellten dabei keine Einschränkungen für den Schweißprozess dar.

Kontakt:

3D-Micromac AG

D-09126 Chemnitz

www.3d-micromac.com

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