Laserdurchstrahlschweißen unpigmentierter Kunststoffe

Das Laserdurchstrahlschweißen konnte sich aufgrund fortschreitender Maschinen- und Prozessentwicklung in den letzten Jahren als Fügeverfahren zunehmend in der industriellen Serienfertigung etablieren. Nachteile des Laserstrahlschweißens ergeben sich allerdings aus den Anforderungen des Schweißprozesses an die optischen Eigenschaften der zu fügenden Bauteile. Verfahrensbedingt muss der Laserstrahl vom ersten Fügeteil transmittiert und vom zweiten Fügepartner absorbiert werden. Um einen ausreichend hohen Absorptionsgrad zu erreichen, müssen dem Kunststoff geeignete Additive zugefügt werden. Hierfür wird derzeit meist Ruß eingesetzt, der allerdings in einer für das menschliche Auge dunklen Farbe des Bauteils resultiert. Hierin liegt einer der entscheidenden Nachteile des Laserdurchstrahlschweißens begründet, der eine weiter verbreitete Anwendung dieses innovativen Fügeverfahrens in der industriellen Praxis bisher begrenzt hat.
Eine Möglichkeit, unpigmentierte Kunststoffe mittels Laserstrahlung zu schweißen, bietet das im Rahmen der vorliegenden Forschungsarbeit untersuchte Zwischenfolienverfahren. Dabei wird das absorbierende Material als dünne Folie zwischen die Fügteile eingebracht. Die Laserstrahlung wird in dieser Folie absorbiert, wodurch die eigentlichen Fügeteile miteinander verschweißt werden. Da das absorbierende Material nur in einer dünnen Schicht vorliegt, können die zu schweißenden Bauteile glasklar bzw. beliebig eingefärbt sein.
Ziel dieser Arbeit ist es daher, die Wirkzusammenhänge für das Zwischenfolienverfahren zu analysieren. Dazu wird durch Variation des Werkstoffs, des Absorbers, der Eigenschaften der Zwischenfolie, der Verfahrensparameter sowie der Schweißprozessparameter der Einfluss dieser Größen auf das Schweißergebnis hinsichtlich der Festigkeit, der Schweißnahtmorphologie sowie des äußeren Erscheinungsbilds quantifiziert.
Dadurch erschließen sich dem Anwender die für die Praxis notwendigen Erkenntnisse, welche Randbedingungen eingehalten werden müssen, um das Zwischenfolienverfahren erfolgreich einsetzen zu können.