Laser verbindet auch Kunststoffe
Leichte und flexibel verwendbare Kunststoffe ersetzen im Fahrzeugbau immer häufiger Metalle. Da muss auch die Fertigungstechnik mit neuen Methoden mitziehen – z.B. mit dem Verschweißen zweier Kunststoffkomponenten durch einen Laser zu einem dichten, kompakten Bauteil.
Der Trick, zwei Kunststoff-Bauteile im Fügebereich mit dem Laser zu verschweißen, ist überraschend einfach. Folgen wir dem Laserstrahl: Von einem Halbleiter- oder Festkörperlaser ausgesandt trifft er zunächst auf das eine Bauteil, das für seine Wellenlänge im Infrarot-Bereich durchsichtig ist (für das menschliche Auge kann das Material weiß oder farbig sein), und trifft dann auf das zweite Bauteil gleichen Materials, das aber so eingefärbt ist, dass es infrarote Strahlung absorbiert. Dieses zweite Material absorbiert soviel Energie an der Kontaktstelle, dass beide Komponenten dort aufschmelzen. Beim Abkühlen erstarrt das aufgeschmolzene Material zu einem homogenem Polymergefüge, das beide Bauteile dicht verbindet. Die berührungslose und vibrationsfreie Lasermethode ist so vielversprechend, dass neue und bestehende Fertigungsabläufe untersucht werden, um den Laser als wirtschaftliche, umweltfreundliche und hochwertige Alternative einzusetzen. Etwa gegenüber dem Kleben von Kunststoffbauteilen; denn der Wegfall des Klebstoffs schont die Umwelt. Oder gegenüber dem Ultraschallschweißen, da kein Flitterabrieb entsteht und Elektronikelemente keine Schwingbelastung erfahren.
Durch die homogene Verbindung garantiert das Kunststoff-Laserschweißen luft- und wasserdichte Schweißnähte. Bosch nutzt dies bereits bei der Verkapselung des Fahrpedalmoduls, das die Stellung des Gaspedals im Fußraum elektronisch erfasst. Das Bauteil wird durch die Schweißverbindung vor eindringender Feuchte geschützt. Das Laserschweißverfahren ersetzt die Nietverbindung und macht eine Gummidichtung unnötig. Die Kunst der Bosch-Forscher ist es zu verstehen, wie eine hochwertige Schweißnaht hergestellt werden kann. Dies gelingt bisher bei Bauteilen gleichen thermoplastischen Kunststoffs wie Polyamide oder bestimmte Polyester. Die Entwicklung geht aber hin zu Kombinationen verschiedenartiger Kunststoffe. Da das Kunststoffschweißen keine hohen Anforderungen an die Strahlqualität des Lasers stellt, reicht ein wartungsarmer Diodenlaser von wenigen 100 Watt Ausgangsleistung. Wie der Laserstrahl über das Bauteil geführt wird, hängt von den Anforderungen an die Schweißnaht ab: einmaliges Abfahren der Naht mit dem Laserstrahl oder vielfaches, schnelles Bestrahlen mit einem Scannersystem. Für jede Anwendung wird der optimale Prozess entwickelt.
Durch die homogene Verbindung garantiert das Kunststoff-Laserschweißen luft- und wasserdichte Schweißnähte. Bosch nutzt dies bereits bei der Verkapselung des Fahrpedalmoduls, das die Stellung des Gaspedals im Fußraum elektronisch erfasst. Das Bauteil wird durch die Schweißverbindung vor eindringender Feuchte geschützt. Das Laserschweißverfahren ersetzt die Nietverbindung und macht eine Gummidichtung unnötig. Die Kunst der Bosch-Forscher ist es zu verstehen, wie eine hochwertige Schweißnaht hergestellt werden kann. Dies gelingt bisher bei Bauteilen gleichen thermoplastischen Kunststoffs wie Polyamide oder bestimmte Polyester. Die Entwicklung geht aber hin zu Kombinationen verschiedenartiger Kunststoffe. Da das Kunststoffschweißen keine hohen Anforderungen an die Strahlqualität des Lasers stellt, reicht ein wartungsarmer Diodenlaser von wenigen 100 Watt Ausgangsleistung. Wie der Laserstrahl über das Bauteil geführt wird, hängt von den Anforderungen an die Schweißnaht ab: einmaliges Abfahren der Naht mit dem Laserstrahl oder vielfaches, schnelles Bestrahlen mit einem Scannersystem. Für jede Anwendung wird der optimale Prozess entwickelt.
