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27.02.2025
Technical Article
Das Infrarotschweißen ist heute eine bewährte Technik, die häufig zum Verbinden von thermoplastischen Kunststoffen eingesetzt wird. Die wichtigsten Gründe dafür sind das berührungslose Aufschmelzen der Schweißstege (kein Anhaften des Materials) und das Erzielen sehr hoher Schweißfestigkeiten.
Laserbasiertes Infrarotschweißen
Das von bielomatik weiterentwickelte laserbasierte Infrarotschweißen unterscheidet sich lediglich in der Energiequelle der Infrarotstrahlung. Anstelle des teuren und empfindlichen Infrarot-Röhrenstrahlers oder des Metallfolien-Bandstrahlers
wird ein handelsübliches Faser-Lasersystem eingesetzt. Dieses arbeitet im Infrarotwellenlängenbereich von 1070 nm.
Der Faserlaser bietet ein Top-Head-Strahlprofil, das sich optimal für ein effizientes Plastifizieren der Schweißstege eignet.
Einige der technischen Vorteile des laserbasierten Infrarotschweißens sind:
- Maximale Flexibilität: Durch den Einsatz einer Laser-Quelle und eines Scanners kann die Energie nahezu simultan auf jede beliebige Geometrie übertragen werden.
- Reduzierte Investitionskosten: Die Werkzeugkosten reduzieren sich um bis zu 70 %, da die Laser-Scanner-Einheit einen beliebig programmierbaren IR-Strahler darstellt, der nur einmalig beschafft werden muss.
- Erhöhte Präzision: Der Laserstrahl ermöglicht eine äußerst präzise und lokal begrenzte Wärmezufuhr. Komplexe Bereiche wie T-Stöße oder Ringschweißnähte lassen sich mit hoher Genauigkeit kontrolliert und dicht verschweißen.
- Effizientere Energieübertragung: Der Laser fokussiert direkt und gezielt auf die zu schweißenden Stellen, was den Energiebedarf reduziert. Dadurch nehmen die Bauteile weniger Energie auf, und es entstehen keine Verzüge durch
das Freiwerden innerer Spannungen. - Neue Anwendungsmöglichkeiten: In einer gemeinsamen Entwicklung (von bielomatik, LZH und Coherent) wurde ein CO2-Laser so angesteuert, dass auch IR-transparente Bauteile prozesssicher, flexibel und schonend geschweißt werden können. Ein Beispiel dafür ist eine Rückleuchte mit einem Gehäuse aus ABS/PC und Scheibenglas aus PMMA.
Gezielte Energieübertragung
Das laserbasierte Infrarotschweißen bietet durch seine gezielte Energieübertragung und hohe Präzision zahlreiche Vorteile:
- Vermeidung thermischer Materialschädigung: Die präzise Fokussierung des Lasers ermöglicht eine kontrollierte und effiziente Energieeinbringung in die Schweißzone, wodurch der Energieverbrauch erheblich reduziert wird.
- Wirtschaftlichkeit und Umweltfreundlichkeit: Der Prozess erlaubt eine exakte Steuerung des Energieeintrags, angepasst an Material und Geometrie. Dies führt zu optimalen Schweißergebnissen.
- Geringe thermische Belastung: Die Wärmeentwicklung beschränkt sich ausschließlich auf die Schweißzone. Das restliche Bauteil bleibt kühl und unversehrt, was insbesondere bei temperaturempfindlichen Bauteilen vorteilhaft ist.
- Kürzere Inbetriebnahme und Parameter-Einstellung: Der programmierbare IR-Strahler ermöglicht eine präzise reproduzierbare und übertragbare Parametrierung der Projektdaten und spart dadurch viel Zeit für die Inbetriebnahme und Implementierung im Produktionsprozess, was es besonders für die Serienproduktion geeignet macht.
Fazit
Das von bielomatik weiterentwickelte laserbasierte Infrarotschweißen bietet erhebliche Verbesserungen in Bezug auf Präzision, Effizienz und Materialvielfalt. Der Prozess ist kosteneffizient, nachhaltig und äußerst flexibel. Dieses Verfahren erschließt nicht nur neue Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise im Bereich der Leuchtenfertigung, sondern stellt
auch eine wirtschaftliche Alternative zur herkömmlichen Infrarotschweißtechnik dar. Durch die Kombination der Vorteile
von Laserscanner-Systemen mit den ökonomischen und ökologischen Vorzügen der Infrarotschweißtechnik wird dieses Verfahren in vielfältigen Produktionsprozessen Anwendung finden, von der Automobil- bis zur Medizintechnik.
Autorin: Beatrice Maus, bielomatik
Schlagworte
FaserlaserInfrarotschweißenKunststoffeThermoplastische Kunststoffe
