Die Laserbearbeitungstechnologie hat sich zunehmend in der industriellen Fertigung etabliert und ist zu einer vielbeachteten Technologie geworden. Derzeit entfallen über 85 % aller Anwendungen der Lasermaterialbearbeitung auf die Herstellung von Metallteilen. Die restlichen 15 % verteilen sich auf Holz- und Papierprodukte, Textilien und Leder, Fasermaterialien, Kunststoffe, Glas, Halbleiter und andere nichtmetallische Produkte. Unterschiedliche Wellenlängenbereiche des Lasers weisen unterschiedliche Absorptions- und Effizienzwerte für verschiedene Materialien auf. Das heißt, für bestimmte Materialeigenschaften lässt sich stets ein Laser mit der höchsten Absorptionsrate finden, der sich am besten für die Bearbeitung eignet.
Die Laserbearbeitungstechnologie für Metalle ist mittlerweile umfassend erforscht, einschließlich Schneiden, Schweißen, Beschichten und Reinigen. Der nächste große Wachstumsschwerpunkt liegt in der Laserbearbeitung nichtmetallischer Werkstoffe, insbesondere von Glas, Kunststoff, Holz und Papier. Diese Werkstoffe zählen zu den häufigsten im Alltag und in der Industrie. Kunststoffe sind hierfür ein gutes Beispiel. Ihre vielfältigen Formbarkeit und Plastizität ermöglichen ein breites Anwendungsspektrum für Industrieteile und Gebrauchsgegenstände. Die Verbindung von Kunststoffen stellt jedoch nach wie vor eine Herausforderung dar, die bisher nicht zufriedenstellend gelöst werden konnte.
Kunststoffverbindungen: Kunststoff besitzt eine gute Thermoplastizität. Durch lokales Erhitzen wird er weich und schmilzt, wodurch sich die Teile leicht verbinden lassen. Die Effizienz und Qualität der Verbindung variieren jedoch je nach Verbindungsmethode. Derzeit gibt es hauptsächlich drei Möglichkeiten, Kunststoffteile zu verbinden: Erstens die traditionelle Klebeverbindung. Industrieklebstoffe sind oft geruchsintensiv und können sogar giftige Substanzen wie Formaldehyd freisetzen, was den Umweltschutzanforderungen nicht genügt. Zweitens die Verbindung mit Schraubverbindungen, beispielsweise mit vorgefertigten Schnallen an zwei Kunststoffteilen, die sich leicht wieder lösen lassen, oder durch Verschrauben. Drittens die Heißschmelzverbindung, zu der Induktionsschweißen, Heißplattenschweißen, Heißgasschweißen, Vibrationsreibschweißen, Ultraschallschweißen und Laserschweißen gehören. Die Verbindung zwischen den Schraubverbindungen ist von entscheidender Bedeutung. Heißschmelzverbindungen werden in der Regel für zwei Kunststoffteile ohne dauerhafte, kraftlose Verbindung verwendet. Heißschmelzverbindungen hingegen sind in der Regel dauerhaft. Heißplattenschweißen ist jedoch wenig effizient, unpräzise und nur in geringem Maße automatisierbar. Derzeit sind Vibrationsreibschweißen und Ultraschallschweißen die gängigsten Verfahren. Die entsprechenden Anlagen kosten nur wenige zehntausend Yuan pro Stück und eignen sich für die Massenproduktion. Ultraschallschweißen erzeugt jedoch Lärm, die Werkstückgröße ist begrenzt und es kann leicht zu ungleichmäßiger Wärmeübertragung und damit zu Schweißfehlern kommen. Laserschweißen von Kunststoffen gewinnt zunehmend an Bedeutung und findet Beachtung in der Kunststoffindustrie.
Kunststoff-Laserschweißen: Beim Kunststoff-Laserschweißen handelt es sich um eine Technologie, die die Wärmeenergie eines Lasers nutzt, um thermoplastische Teile dauerhaft zu verbinden. Vor dem Schweißen muss eine geeignete äußere Kraft aufgebracht werden, um den Bereich zwischen den beiden zu verschweißenden Teilen zu fixieren. Die Wellenlänge des Nahinfrarotlasers wird an das Material der Teile angepasst. Der Laserstrahl durchdringt zunächst das erste Teil, wird vom zweiten Teil absorbiert und in Wärmeenergie umgewandelt. Dadurch schmilzt die Kontaktfläche der beiden Teile, bildet eine Schweißzone und der Schweißvorgang wird abgeschlossen. Das Kunststoff-Laserschweißen bietet Vorteile wie hohe Effizienz, vollautomatische Steuerung, hohe Präzision, gute Dichtigkeit der Schweißnaht, feste Schweißung, geringe Beschädigung der Kunststoffteile sowie geräusch- und staubfreies Arbeiten und ist somit ein ideales Verfahren zum Kunststoffschweißen. Zukünftige Probleme des Kunststoff-Laserschweißens sind: Erstens sind die Anlagen im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren relativ teuer. Zweitens erschwert die Laserabsorption zwischen Kunststoffen unterschiedlicher Farben das Schweißen, insbesondere zwischen den oberen und unteren Schichten transparenter Kunststoffe. Zukünftig könnte der Einsatz von Beschichtungen zur Verbesserung der Laserabsorption Abhilfe schaffen. Drittens besteht noch Forschungsbedarf hinsichtlich verschiedener Anwendungsszenarien, der Be- und Entladung, der Vorrichtungen und der Automatisierung des Kunststoff-Laserschweißens.
Theoretisch lässt sich das Kunststofflaserschweißen in allen Branchen mit Kunststoffverbindungen anwenden, wobei sich diese Technologie noch in der Erprobungsphase befindet. Sie findet Anwendung bei Kunststoffteilen für Automobile, Medizintechnik, Haushaltsgeräte, Unterhaltungselektronik und vieles mehr. Im Automobilbereich wird die Kunststofflaserschweißanlage mit quasi-synchronem Schweißverfahren für verschiedene Kombinationsschweißungen von Ventilkörpern, Rückschlagventilen und Instrumententafeln eingesetzt. Die Kunststofflaserschweißanlage mit sequenziellem Konturschweißverfahren eignet sich für Kraftstoffleitungen und Kunststoffverbindungen aller Art sowie für das Schweißen von hochwertigen Stoßfängern, Einstiegsleuchten, Wirbelstromlüftern, Rückleuchten, Öl- und Gasabscheidern usw. Auch bei 360°-Kameras, Radarsystemen, automatischen Türverriegelungen, elektronischen Parksteuerungen, Head-up-Displays usw. ermöglicht das Kunststofflaserschweißen hohe Produktqualität und Wirtschaftlichkeit.
Im Bereich der Medizintechnik wird das Kunststofflaserschweißen zum Versiegeln und Verschweißen von Bauteilen mit hohen Reinheitsanforderungen eingesetzt, beispielsweise für medizinische Schlauchverbindungen, Blutanalysegeräte, Hörgeräte, Gastroskopanschlüsse und Flüssigkeitsfilterbehälter. Auch in der Unterhaltungselektronik, etwa beim Schweißen von Uhrenarmbändern oder der Verpackung von VR-Brillen, ermöglicht das Kunststofflaserschweißen ein ansprechendes Erscheinungsbild und eine hohe Schweißnahtfestigkeit. Darüber hinaus findet es Anwendung bei Handy-Komponenten (Gehäuse, Kopfhörerhalterung, USB-Anschluss), Mäusen, Sensoren usw. Mittlerweile setzen einige Unternehmen das Kunststofflaserschweißen auch zum Verschweißen von Batterieverpackungen ein.
Veröffentlichungsdatum: 27. März 2023
