Neue Maschinen, Werkstoffe und Verfahren

Treffert: Laserschweißen für anspruchsvolle Produkte

Das Laserschweißen bietet Möglichkeiten, die mit anderen Fügeverfahren schlecht oder nicht umzusetzen sind. (Abb.: Treffert)

Das Laserschweißen bietet Möglichkeiten, die mit anderen Fügeverfahren schlecht oder nicht umzusetzen sind. (Abb.: Treffert)

Die Treffert GmbH & Co.KG, Bingen-Sponsheim, informiert auf der Swissplastics in Luzern über ihre Masterbatche und Compounds zum Laserschweißen.

Mit dem Laserschweißen von Kunststoffen ergeben sich Möglichkeiten, die mit anderen Fügeverfahren schlecht oder nicht umzusetzen sind. So ist es möglich, mechanisch hoch belastbare, druckdichte Verbindungen herzustellen und dabei eine sehr hohe Grundmaterialfestigkeit beizubehalten. Auch erlaubt das Verfahren nahezu beliebige Schweißnahtführungen und ist flexibel an Werkstückgeometrien anpassbar. Beim Laserschweißen wird unter Einsatz minimaler thermischer und mechanischer Energieeinbringung nur das verschweißt, was verschweißt werden soll, empfindliche Bauteile in nächster Nähe bleiben unbeeinflusst. Das Resultat sind Oberflächen in hoher Qualität, ohne Mikropartikel, Klebereste oder Rauheiten.

Wie bei jedem Verfahren gibt es auch beim Laserschweißen von Kunststoffen erfolgsbestimmende Faktoren. Wesentlich sind in erster Linie folgende Kriterien:

  • die Wahl passender Kunststoffe sowie Additive und Farbmittel
  • der Einsatz der richtigen Laserstrahlquelle mit passender Optik
  • die Lasergerechte Konstruktion der Fügezone mit geringem Spaltmaß
  • Optimiertes Spannwerkzeug, das den ungehinderten Zugang des Laserstrahls auf die Fügenaht erlaubt und die Bauteile beim Verschweißen mit hinreichendem Druck gegeneinander presst.
Zum Laserschweißen tansparenter Kunststoffe sind laserabsorbierende Hochleistungsadditive nötig. (Foto: Treffert)

Zum Laserschweißen tansparenter Kunststoffe sind laserabsorbierende Hochleistungsadditive nötig. (Foto: Treffert)

Der Einsatz eignet sich nahezu für alle Thermoplaste und Elastomere, ungefüllt und gefüllt. So werden beispielsweise Polymere mit Glasfaseranteilen von bis zu 30 % bereits in aktuellen Anwendungen lasergeschweißt. Auch unterschiedliche Kunststoffe lassen sich verbinden – vorausgesetzt, sie sind chemisch und physikalisch kompatibel und die Schmelztemperaturen überlappen sich hinreichend. Für Naturmaterialien gilt eine Faustregel: Was mit Ultraschall verschweißt werden kann, kann auch mit dem Laser verschweißt werden.

Anwendungen für das Laserkunststoffschweißen sind heute schon weit verbreitet. Die Haupteinsatzgebiete finden sich in den Bereichen Automotive, Elektronik, Medizintechnik, Human Care und bei Haushaltsgeräten.

Alle eingesetzten Kunststoffe sind im unadditivierten Fall für den Infrarot-Wellenlängenbereich der verwendeten Laserquellen (mit Ausnahme der CO2-Laser) mehr oder weniger transparent. Um eine Absorption der Laserenergie zu erreichen, werden in der Regel spezielle Additive und auch Farbmittel aus dem Bereich der Coloristik eingesetzt. Noch einfacher, und deshalb weithin etabliert, ist die Verwendung von Rußpartikeln als Absorber. Damit sind bei der Farbrezeptierung allerdings nur schwarz oder dunkle Farbtöne möglich. Für hellere und kräftige Farbkombinationen stehen flexibel einsetzbare Laseradditive zur Verfügung, die im schweißrelevanten Wellenlängenbereich absorbieren und die Eigenfarbe des Polymers nur geringfügig verändern. Der Farbeinfluss der meisten Additive kann durch eine coloristische Farbanpassung korrigiert werden.

Treffert bietet auch Addtivmasterbatche zum Lasermarkieren von Kunststoffen. (Foto: Treffert)

Treffert bietet auch Addtivmasterbatche zum Lasermarkieren von Kunststoffen. (Foto: Treffert)

In der Reihenfolge schwarz, farbig, transparent und weiß steigen die Verfahrensanforderungen beim Laserschweißen von Kunststoffen. Applikationen mit schwarzem Fügepartner als Absorber sind in der Regel leicht zu realisieren oder bereits als Standardlösung verfügbar. Für das Verschweißen farbiger Kunststoffe entwickelt Treffert die nötigen Farbmittelkombinationen in lasertransparenter und laserabsorbierender Form nach Kundenwunsch. Das Verschweißen heller oder transparenter Kunststoffe – besonders gefragt in der Medizintechnik – gelingt entweder mit CO2-Lasern bei hinreichend dünnen Folien und passenden Polymeren oder, wesentlich flexibler, durch den Einsatz von laserabsorbierenden Hochleistungsadditiven. Diese müssen neben hohen Absorptionseffizienzen bei der gewählten Laserwellenlänge und einer geringen Restfarbigkeit im Sichtbaren noch über eine ganze Reihe weiterer Eigenschaften verfügen. Weiß auf Weiß schließlich erfordert wegen der Streueigenschaften und der geringen Transparenz des zumeist eingesetzten Titandioxids individuelle Lösungen.

Für eine ideale Farbrezeptur müssen sowohl die gewünschte Farbgebung als auch die perfekten Laserschweißeigenschaften berücksichtigt werden. Treffert kann dabei auf die Erfahrung aus der Entwicklung mehrerer hunderttausend Rezepturen sowie leistungsfähiger Labore und modernen Extrusionslinien zugreifen. Ausgehend von Farbvorlagen des Kunden werden Farbkonzentrate entwickelt, die sich z. B. als leicht zu verarbeitendes, optimal dispergiertes und 100 % farbtreues Masterbatch in der Kunststoffproduktion zudosieren lassen. Auf Wunsch kann dabei auch Kundenmaterial konditioniert werden, d. h. es bildet das Trägermaterial für das Masterbatch. Die Eigenschaften und Zulassungen des Materials bleiben dabei weitgehend erhalten.

www.treffert.eu

Treffert auf der Swiss Plastics 2017:
Halle 1, Stand 1111

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