10 Feb Großflächiges Kunststofffügen mittels Multifokal-Laseroptik
Laserschweißverfahren für Kunststoffbauteile werden bisher vor allem dafür eingesetzt, schmale Schweißnähte zu erzeugen, etwa für Mikrofluidikanwendungen oder für das Verschweißen von elektronischen Komponenten und Behältern. Um Kunststoff über größere Anbindungsflächen zu fügen, ist ein großer Laserspot notwendig. Dieser kann jedoch Energie meist nur mit einer konstanten Intensitätsverteilung in das Werkstück eingebringen. Relevant ist dies insbesondere bei Kurven: im äußeren Bereich der Kurve wird bei einem klassischen Ansatz zu wenig, im inneren Bereich zu viel Energie eingebracht.
Im Projekt Multispot hat das LZH zusammen mit vier Unternehmen sowie mit zwei Partnern ein neues Verfahren entwickelt, um über große Flächen Kunststoff an Kunststoff aber auch Kunststoff an Metall zu fügen.
Laserleistung in einem Feld individuell einstellen
Dazu hat die Neolase zusammen mit der Coherent eine Diodeneinheit mit neun einzeln ansteuerbaren Diodenstacks entwickelt. Das Besondere: Die Laserleistung der Spots kann unabhängig voneinander eingestellt werden. Mit einer speziell entwickelten Optik von Sill Optics ist es so möglich, die Intensitätsverteilung anzupassen. Damit lässt sich die Temperatur in der Schweißnaht je nach lokaler Dicke und Beschaffenheit des Materials sowie die Schweißnahtgeometrie einstellen. LMB Automation hat die Komponenten in einem Schweißkopf vereint. Möglich wurde die Entwicklung zudem durch ein Messgerät von Primes, mit dem sich multifokale Optiken vermessen lassen.
Prozess- und Softwareentwicklung aus dem LZH
Den Prozess für den neuen Schweißkopf haben die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen des LZH entwickelt. Für eine optimale Anbindung von Kunststoff an Metall wird das Metall vorab strukturiert. Danach wird es so stark erhitzt, dass über eine Wärmeleitung der Kunststoff aufschmilzt und sich fest mit dem Metall verbindet. Mit dem Prozess konnten sie erfolgreich Türelemente aus Kunststoff an einen metallenen Rahmen fügen.
Wichtig für den Einsatz in der Serienproduktion im Automobilbau ist die Automatisierbarkeit des Prozesses. Dafür haben die Forschenden zusammen mit LMB Automation Konzepte für den Einsatz des Schweißkopfs auf einem Roboterarm entwickelt und Software-Programme geschrieben. Dadurch kann das vorgegebene Laserleistungsprofil beim Verfahren des Roboterarms exakt eingehalten werden. Volkswagen hat die praktische Umsetzung unterstützt und Demonstratorteile zur Verfügung gestellt.
Gefördert wurde das Projekt Multispot vom Bundeministerium für Bildung und Forschung im Rahmen von KMU-innovativ.
Quelle und Bild: www.lhz.de
Projektpartner:
