LASERSCHWEISSEN KUNSTSTOFF

Der Laser bietet optimale Fügetechnologien – und das nicht nur für das Verbinden von Metallen, sondern auch von Kunststoffen. Die Vorteile liegen auf der Hand: saubere, schmale Nähte, eine geringe Wärmeeinflusszone und maximale Flexibilität – das sind ideale Voraussetzungen für das Bearbeiten von zum Beispiel hochwertigen Kunststoffbauteilen.

Jede Anwendung stellt dabei ihre eigenen Herausforderungen. Auf Basis unseres breiten Portfolios an Laserschweiß-Systemen konzipieren wir für unsere Kunden objektiv die innovativste und beste Lösung.

Unsere Laserschweiß-Stationen können mit diversen Zusatzkomponenten individuell aufgerüstet werden und erfüllen höchste Ansprüche an Flexibilität, eine komfortable Bedienung und eine sichere Prozessüberwachung.

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UNSERE SERIEN

Unsere fortschrittlichen Systeme ermöglichen Ihnen hochpräzises Laserschweißen auf höchstem Niveau. Verlassen Sie sich auf unser Know-how und unsere technische Erfahrung – Wir beraten Sie gerne.

INTEGRAL LÖSUNG

Wir bieten Ihnen Lasersysteme, die Sie reibungslos in Ihre vorhandenen Anlagen und Maschinen integrieren können – und das für alle Anwendungen.

COMPACT PLATTFORM

Unsere Standard-Laseranlagen zum Schneiden, Beschriften und Schweißen von Bauteilen. Die Anlagen sind so flexibel konstruiert, dass sie für viele Anwendungen und Produkte einsetzbar sind.



SELECT PLATTFORM

Alle Anlagen der SELECT-Serie werden individuell und maßgeschneidert für Ihre Anwendung konfiguriert.

DIE VORTEILE DES LASERSSCHWEISSENS

Wir bieten Ihnen Lösungen für alle möglichen Verfahrensvarianten und Materialien. Es können sowohl transparent-absorbierend-Verbindungen als auch transparent-transparent-Kombinationen stoffschlüssig verbunden werden. Das funktioniert mit oder ohne Absorber-Auftrag bei Verwendung von mittleren IR-Wellenlängen. Wir bieten Ihnen Lösungen für das Kontur-, quasi-simultane- oder simultane Laser-Durchstrahlschweißen.

 

Beim Laser-Durchstrahlschweißen von Kunststoffen werden höhere Festigkeiten im Vergleich zu anderen Schweißverfahren, wie z.B. Ultraschall-, Reib-, Heizelement- oder Heißgasschweißen erreicht. Schweißnähte erreichen max. Zug-/Scherkraft-Festigkeiten durch stoffschlüssiges Fügen, d.h. chemische Verkettung von transparentem und absorbierendem Fügepartner. Hierdurch wird die Grundmaterial-Festigkeit erreicht, d.h. die Fügepartner verhalten sich quasi wie ein Bauteil aus „einem Spritzguss“.

Dieses kann nur durch lokal begrenzte, präzise & über die Schweißnahtbreite homogene Energiezufuhr erreicht werden (prozeßoptimierte Leistungsdichteverteilung). 

Das Ergebnis sind Poren-, Spritzer- und absolut partikelfreie Schweißprozesse,  Grundvoraussetzung z.B. für Elektronik-/Sensorik-/Medical-Produkte. 

UNSERE VERFAHREN FÜR IHREN ERFOLG

Im Bereich des Laserschweißens haben wir verschiedene Varianten entwickelt, die Sie bei Ihren individuellen Anforderungen unterstützen. Im Folgenden finden Sie eine Übersicht.

1) KONTURSCHWEISSEN

Bei dieser Prozessführung wird ein Laserspot 1-malig über die Schweißkontur des Bauteils geführt. Folgende, prinzipielle Lösungswege sind möglich:

1.1) Eine fixe Spotoptik wird über das Bauteil geführt, um die Fügepartner mit 2 oder 3D-Geometrie stoffschlüssig zu verbinden. Die Größe des Bauteils ist dabei unbegrenzt.

1.2) Ein Scannersystem lenkt den Laserspot über die Schweißkontur des Bauteils, um die Fügepartner mit 2 oder 3D-Geometrie stoffschlüssig zu verbinden. Das Bauteil darf nicht größer als das Scanfeld sein.

1.3) Hybrid-Konturschweißen mit Scannersystem, das von einem Führungs-Achssystem über das Bauteil bewegt wird. Die Scannerspiegelbewegung erfolgt hierbei synchron zu den Achsbewegungen der Linearachsen, um auch größere Bauteilabmessungen abzudecken. Der Vorteil hierbei ist, daß komplexe, filigrane Konturelemente dynamisch mit dem Scannersystem geschweißt werden, während einfache, größere Konturen über das lineare Achssystem mit abgedeckt werden. Die Schweißgeschwindigkeit ist dabei stets konstant, da Scannerbewegung und Achsbewegung synchronisiert ablaufen.
 

2) QUASI-SIMULTANES SCHWEISSEN

2.1) Ein Scannersystem lenkt den Laserspot mit hoher Geschwindigkeit mehrfach über die Schweißkontur des Bauteils, um die Fügepartner mit 2 oder 3D-Geometrie stoffschlüssig zu verbinden. Das Bauteil darf nicht größer als das Scanfeld sein.

 

2.2) Hybrid-Quasisimultanschweißen mit Scannersystem, das von einem Führungs-Achssystem über das Bauteil bewegt wird. Die Scannerspiegelbewegung erfolgt hierbei synchron zu den Achsbewegungen der Linearachsen, um auch größere Bauteilabmessungen abzudecken.

 

Der Vorteil hierbei ist, dass auch große Bauteile, jenseits der Scanfeldgröße, in Abschnitten quasi-simultan geschweißt werden können. Hierdurch lassen sich z.B. ortsabhängige Temperaturzonen im Bauteil erzielen.

3) WOBBEL-SCHWEISSEN

Ein Scannersystem lenkt den Laserspot mit sehr hoher Geschwindigkeit auf einer Wobbelgeometrie ab, die Prozess-bedingt hochvariabel programmiert werden kann. So wird ein zeitlich veränderbares „Energieprofil“ auf der Schweißkontur des Bauteils erzielt. Die Schweissnahtbreite ist ebenfalls hochflexibel über den Wobbelradius einstellbar.

Diese Art der Prozessführung kann sowohl beim klassischen Laserdurchstrahlschweissen mit transparentem und absorbierendem Fügepartner erfolgen, als auch beim Schweißen von transparenten „klar-klar-Verbindungen“ mit ca. 2µm Wellenlänge.

WEITERE VARIANTEN

SIMULTAN-SCHWEISSEN

Das Bauteil wird mit einer fixen Laserstrahl-Geometrie, mit definiertem Intensitätsprofil, simultan geschweißt, d.h. die komplette Schweißkontur wird über die entsprechende Laserlicht-Verteilung, ohne Bewegung des Bauteils oder des Laserspots geschweißt. Beispiele sind rotationssymmetrische Ringverteilungen von außen oder von innen oder Linienverteilungen.

MASKENSCHWEISSEN

Die Schweißkontur wird über eine Schweißmaske definiert, die über dem Bauteil stehend, mit einer Linienförmigen Laserlichtverteilung abgescannt wird. Alternativ kann die Schweissmaske mit einer flächigen Laserlichtverteilung, simultan belichtet werden, um noch kürzere Zykluszeiten zu erzielen.

Die entsprechenden Lichtverteilungen können über statische Laserlichtverteilungen oder über Hochgeschwindigkeits-Scanner eingestellt werden.

MATERIAL-KOMBINATIONEN

1) TRANSPARENT – ABSORBIEREND

Es gibt einen Laser-transparenten und einen Laser-absorbierenden Fügepartner. Der Laser-transparente, obere Fügepartner wird über die o.a. Verfahrensvarianten durchstrahlt und über die Absorption im unteren, absorbierenden Fügepartner stoffschlüssig verbunden. Über den notwendigen Fügedruck wird vor der Schweissung der Formschluß zwischen den Fügepartnern sichergestellt.

2) VISUELL SCHWARZ /
LASER-TRANSPARENT – ABSORBIEREND

Vgl. bar zu 1.), mit dem Unterschied, dass der obere Fügepartner visuell-optisch schwarz erscheint.

3) TRANSPARENT – TRANSPARENT

Beide Fügepartner sind Lasertransparent, d.h. die Wechselwirkung zwischen Laserstrahlung und Kunststoff muss über ein zusätzliches Absorber-Medium oder über eine alternative Laser-Wellenlänge erreicht werden.

3.1) MIT NIR-ABSORBERFLÜSSIGKEIT

Die Laserschweissung zwischen den beiden Fügepartnern erfolgt in 2 Prozessschritten. Auf dem unteren Fügepartner wird zunächst eine Absorber-Flüssigkeit aufgetragen, die schnell trocknet. D.h., dass dieser Prozessschritt auch mit einer geringen Trocknungs-Wartezeit „inline“ erfolgen kann. Alternativ kann die Absorberflüssigkeit vorab aufgetragen und die Bauteile dann gelagert werden. Der Absorber unterliegt keinen Alterungseffekten.

Die Firma Datronik ist offizieller Distributor für die Absorber-Flüssigkeit mit dem Markennamen „Clearweld“ des U.S.-amerikanischen Unternehmens Crysta-Lyn Inc. (http://www.clearweld.com). Dieser Absorber hat den Vorteil, dass er nach dem Laserschweißprozess farblos erscheint und somit glasklare Fügeverbindungen in Bauteilen z.B. aus Polycarbonat ermöglicht. Durch die exakte Steuerbarkeit der Absorptionsrate über Absorberflüssigkeits-Menge und Art des Auftrags, lassen sich variable Wechselwirkungen zwischen den Fügepartnern erzielen, die technologische Vorteile bieten. So sind z.B. „Sandwich-Schweissungen“ mit 2 übereinander liegenden Fügestössen in einem Schweißvorgang möglich, indem die eingebrachte Laserleistung auf oberen und unteren Fügestoss exakt aufgeteilt wird. Hierdurch werden z.B. dichte Schweissungen auf runden Außenkonturen möglich, ohne das komplette Bauteil von außen abfahren zu müssen.

Die Fa. Datronik liefert dabei das komplette Technologiepaket, inkl. prozess-sicherem und exakt dosierendem Absorber-Auftragssystem und Fluid-Förderung aus dem Flüssigkeitstank.

3.2) MIT „MIR“-WELLENLÄNGE (ca. 2 µm)

Alternativ zum Absorberauftrag kann für geeignete Bauteiltypen mit 2 Laser-transparenten Fügepartnern auch ohne Absorber gearbeitet werden. Hierfür muss eine Wellenlänge verwendet werden, die den oberen Fügepartner durchstrahlt, aber im unteren Fügepartner absorbiert wird. Die Wechselwirkung zwischen Laserstrahlung und Kunststoff findet nur in dem Schnittstellenbereich zwischen den Fügepartnern statt. Die Firma Datronik hat in mehreren Praxisbeispielen geeignete Prozess-Varianten und Parameter entwickelt. In enger Zusammenarbeit mit den Kunden wurden die Bauteile hierfür mit geeigneten Fügegeometrien konstruiert.

Praxisbeispiele sind Mikrofluidik-Bauteile in der Medical-Branche und Flüssigkeits-führende Bauteile in der Energiespeicher-Technologie.

PROZESSÜBERWACHUNG, -ABSICHERUNG UND DOKUMENTATION

1) KRAFT-WEG-MESSUNG UND -ÜBERWACHUNG BEIM SIMULTAN- / QUASISIMULTANEN SCHWEISSEN

Beim simultanen oder quasi-simultanen Laserdurchstrahlschweissen wird die komplette Bauteil-Schweisskontur über die Schweissnahtbreite gleichzeitig aufgeschmolzen, wodurch der obere Fügepartner auf dem unteren Fügepartner absinkt. Dieser Fügeweg kann in der Vorrichtung präzise gemessen werden und ist ein Maß für das entstehende Schmelzvolumen, bzw. den seitlichen Schmelze-Austrieb. Abhängig von den Bauteiltoleranzen, wird ein Mindestmaß des Fügewegs definiert, der die Prozesssicherheit für das dichte Verschweißen des Bauteils maximiert. Das Erreichen des Mindestmaßes in einem definierten Zeitraum wird überwacht. Zusätzlich wird die anliegende Fügekraft zwischen den Schweißpartnern gemessen, so dass ein fehlender Formschluss oder ein Druckabfall in der Pneumatik-Vorrichtung erkannt wird.      

2) TEMPERATURMESSUNG, -REGELUNG, -ÜBERWACHUNG DURCH PYROMETRIE ODER IR-KAMERA:

Beim quasi-simultanen oder Kontur-Schweissen kann während des Laserschweissens in Echtzeit die Prozesstemperatur im Laserspot berührungslos und mit hoher Geschwindigkeit gemessen werden. So ergibt sich ein hochaufgelöstes Messtemperaturfeld der Schweißkontur. Es werden Bauteil-abhängig unterschiedliche Strategien der Auswertung gewählt:

  • Prozesstemperatur-Überwachung während des Laserschweißens über Toleranz-Hüllkurven.

  • Prozesstemperatur-Regelung, um die Schweisstemperatur unabhängig von der Vorschub-Geschwindigkeit und Bauteilgeometrie konstant zu halten.

  • Messung Orts-aufgelöster Temperaturzonen /-felder, sowie Steuerung der Prozess-Temperatur räumlich und zeitlich.

SCHWEISSNAHT-INSPEKTION DURCH VISION-SYSTEME:

4.1) Nachlaufende, optische Schweissnaht-Inspektion zur Qualitätsbeurteilung /-kontrolle des Schweissergebnisses.

4.2) Vorlaufende Inspektion der Fügezone für die Nahtführung des Prozesswerkzeuges.

WEITERE LASERVERFAHREN

Haben Sie Interesse an weiteren Laserverfahren?
Falls Sie Fragen zu spezifischen Verfahren oder Automatisierungslösungen haben, kontaktieren Sie uns gerne.

LASERBESCHRIFTEN
 

Kunststoff oder Metall – Dauerhafte, kontraststarke Laserbeschriftung bei hoher Flexibilität.

LASERSCHNEIDEN METALL

Besonders beim Schneiden, Trennen und Perforieren beweist sich der Laser als Werkzeug erster Wahl.

LASERSCHNEIDEN KUNSTSTOFF

Besonders beim Schneiden, Trennen und Perforieren beweist sich der Laser als Werkzeug erster Wahl.

LASERABTRAGEN

Mit Hilfe des Lasers wird die Bearbeitung und Reinigung von Bauteiloberflächen einfach und effizient.

LASERSCHWEIßEN METALL

Der Laser bietet optimale Fügetechnologien – und das nicht nur für das Verbinden von Metallen, sondern auch von Kunststoffen.