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Laserschweissbare Materialien
Thermoplastische Kunststoffe sind Kunststoffe, die sich wieder schmelzen lassen. Daher sind sie schweissbar. Thermoplaste sind in zwei Bereiche aufteilbar:
  • Amorphe Thermoplaste
  • Teilkristalline Thermoplaste

Amorphe Thermoplaste sind, ohne Additive, im sichtbaren Bereich transparent. Teilkristalline Thermoplaste dagegen erscheinen für das Auge opak bis milchig. Grundsätzlich sind gleiche Thermoplaste mit Hilfe von Laser miteinander schweissbar. Allerdings muss auf die optischen Eigenschaften Rücksicht genommen werden.

In der Tabelle sind laserschweissbare Materialkombinationen aufgeführt. Neben diesen Kombinationen besteht auch die Möglichkeit, das Spektrum mit modifizierten Blends zu erweitern.

 

Tabella delle combinazioni di materiali saldabili al laser
Volle Grösse mit Klick auf Grafik (pdf)
Optische Eigenschaften

Die optischen Eigenschaften der Kunststoffe haben auf das Schweissergebnis beim Laserdurchstrahlschweissen entscheidenden Einfluss. Auf der einen Seite wird ein für die Laserstrahlung transparenter Schweisspartner benötigt, auf der anderen Seite ein absorbierender. 

Ohne Additive ist jeder Thermoplast für die Laserstrahlung transparent. Unterschieden wird jedoch zwischen amorphen und teilkristallinen Thermoplasten. Bei amorphen Thermoplasten transmittiert die Strahlung auch bei grossen Dicken beinahe ohne Verluste. Bei den teilkristallinen Thermoplasten wird die Strahlung jedoch an den Kristalliten gebrochen und reflektiert. Und erfährt somit eine Streuung, die hauptsächlich vom Grad der Kristallite und der Dicke der zu durchstrahlenden Höhe abhängig ist.

Die nachfolgende Grafik zeigt die spektrale Analyse eines transparenten PP. Im Wellenlängenbereich zwischen 800 - 1100 nm ist der Kunststoff sogar transparenter als im sichtbaren Bereich (400 - 700 nm). 

Optische Eindringtiefe

Die optische Eindringtiefe ist ein Mass für die Eigenschaften des absorbierenden Fügepartners. Sie beschreibt, wie tief die Strahlung in die Oberfläche des Kunststoffs eindringt bevor eine Wärmeentwicklung entsteht.

Optimalerweise liegt die optische Eindringtiefe im µm-Bereich, in der Grafik unten der obere Fall. Wenn nicht genügend Absorber vorhanden ist, wird eher eine Volumenabsorption erreicht. Dadurch wird die gesamte Dicke des Materials erwärmt. Der dritte Fall beschreibt eine zu grosse Oberflächenreflexion, die Strahlung kann also gar nicht in die Oberfläche eindringen. Beide Fälle sind demnach eher negativ für den Prozess. 

Leister LPWQ optische_Eindringtiefe

Durch die Wärmeentwicklung während des Schweissens entsteht eine Wärmeeinflusszone, die durch Mikrotomschnitte oder -schliffe unter dem Mikroskop visualisiert werden kann. 

Das Design der Schweissnaht  kann also sehr simpel gehandhabt werden. Salopp gesagt müssen sie in der Schweisszone nur physischen Kontakt haben.

Ganz so einfach ist es jedoch nicht: Die Bauteile sollten lasergerecht konstruiert werden, Richtlinien hierzu können bei uns angefragt oder über den DVS (Richtlinie 2243) bezogen werden. 

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