nach oben
Meine Merkliste
Ihre Merklisteneinträge speichern
Wenn Sie weitere Inhalte zu Ihrer Merkliste hinzufügen möchten, melden Sie sich bitte an. Wenn Sie noch kein Benutzerkonto haben, registrieren Sie sich bitte im Hanser Kundencenter.

» Sie haben schon ein Benutzerkonto? Melden Sie sich bitte hier an.
» Noch kein Benutzerkonto? Registrieren Sie sich bitte hier.
Ihre Merklisten
Wenn Sie Ihre Merklisten bei Ihrem nächsten Besuch wieder verwenden möchten, melden Sie sich bitte an oder registrieren Sie sich im Hanser Kundencenter.
» Sie haben schon ein Benutzerkonto? Melden Sie sich bitte hier an.
» Noch kein Benutzerkonto? Registrieren Sie sich bitte hier.

« Zurück

Ihre Vorteile im Überblick

  • Ein Login für alle Hanser Fachportale
  • Individuelle Startseite und damit schneller Zugriff auf bevorzugte Inhalte
  • Exklusiver Zugriff auf ausgewählte Inhalte
  • Persönliche Merklisten über alle Hanser Fachportale
  • Zentrale Verwaltung Ihrer persönlichen Daten und Newsletter-Abonnements

Jetzt registrieren
English
Merken Gemerkt
20.09.2016

Im Labor erprobt: Fraunhofer UKP-Laser bereit für die K2016

Kunststoff und Metall isotrop verbinden

Die K ist die weltgrößte Messe der Kunststoff- und Kautschukindustrie. Auch in diesem Jahr werden 3000 Aussteller und mehr als 200 000 Besucher aus aller Welt erwartet. Schwerpunkte sind neben Industrie 4.0 und Ressourceneffizienz auch neue Werkstoffe und Leichtbau. Auch das Fraunhofer Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT stellt diese Themen bei seinem Messeauftritt in den Mittelpunkt.

Für den Leichtbau ist es von enormer Bedeutung, metallische und Kunststoffoberflächen formschlüssig und dauerhaft zu verbinden. Gerade bei Faserverbundmaterialien in der Luft- und Raumfahrt oder in der Automobilbranche ist ein Laserverfahren dafür eigentlich schon bekannt.

Strukturierung einer Metallprobe mit einem Hochleistungs-Faserlaser als Vorbereitung für eine Metall-Kunststoff Verbindung (© Fraunhofer ILT)

Strukturierung einer Metallprobe mit einem Hochleistungs-Faserlaser als Vorbereitung für eine Metall-Kunststoff Verbindung (© Fraunhofer ILT)

Dabei wird zuerst die Metalloberfläche mit dem Laser strukturiert und in einem zweiten Schritt mit der erhitzten Kunststoffoberfläche verbunden. Bislang geschah die Laserstrukturierung in einem Scanprozess, der Linien auf der Metalloberfläche erzeugt.

Im Rahmen des BMBF-geförderten »HyBriLight«-Projekts entwickelten die Experten vom Fraunhofer ILT einen neuen Prozess für die Strukturierung mit einem Ultrakurzpuls (UKP)-Laser. Der erzeugt sogenannte Cone-Like-Protrusions (CLP) auf dem Metall. Diese zufällig verteilten Mikro-Erhebungen vergrößern die Oberfläche um das Fünf- bis Zehnfache.

Damit wird die Verbindung nicht nur fester, sie hält auch in alle Richtungen gleich. Denn anders als bei den Scanlinien ist die Oberfläche jetzt isotrop strukturiert. Der Prozess ist im Labor erprobt und funktioniert auch für Spritzgießen mit metallischen Einlegern.

Absorberfreies Durchstrahlschweißen

Beim Laserschweißen von Thermoplasten ist gewöhnlich ein Fügepartner transparent, dem zweiten wird ein Absorberstoff beigemischt, so dass er die Laserstrahlung besser absorbiert. Der Laser geht dann durch den ersten Fügepartner, schmilzt den zweiten und so werden die Partner verbunden.

Auf den Zusatzstoff kann verzichtet werden, wenn man einen Laser mit längeren Wellenlängen benutzt. Dann absorbieren beide Fügepartner die Strahlung und es kommt darauf an, eine selektive Aufschmelzung ohne Bildung einer zu großen Wärmeeinflusszone (WEZ) zu erzeugen. Am ILT wurde der nötige Prozess entwickelt. Der Laserstrahl wird dafür schnell (>1 m/s) mehrmals entlang der Schweißkontur geführt. Gleichzeitig wird über und unter den Fügepartnern die Wärme abgeführt.

Demonstrator aus PMMA hergestellt durch Laserschweißen, -schneiden, -strukturieren sowie Metall-Kunststoff-Verbindungen (© Fraunhofer ILT)

Demonstrator aus PMMA hergestellt durch Laserschweißen, -schneiden, -strukturieren sowie Metall-Kunststoff-Verbindungen (© Fraunhofer ILT)

Das Verfahren dürfte nach Meinung des ILT vor allem für die Medizintechnik interessant sein, wo die Zusatzstoffe ein Risiko für die Biokompatibilität darstellen können. Aber auch in anderen Anwendungen, wo Absorber aus optischen, wirtschaftlichen oder funktionellen Gründen unzulässig sind, kann das Verfahren eingesetzt werden.

Multilayer-Folien sicher und schonend versiegeln

Mit einem ähnlichen Laser lassen sich auch Multilayer-Folien mediendicht verschweißen. Sinnvoll ist das zum Beispiel bei der Verarbeitung von Lithium-Akkus oder OLED-Displays. Einige der Werkstoffe darin reagieren sehr empfindlich auf Sauerstoff oder Wasserdampf. Deshalb werden sie mit speziellen Hochbarriere-Multilayer-Folien gekapselt.

Normalerweise werden die zu schützenden Bauteile umlaufend mit der Folie verklebt oder verschweißt, so dass sich eine Tasche ergibt, die beispielsweise die flexible organische LED enthält. Mit einem speziellen Laser kann gezielt nur eine Schicht der Folie aufgeschmolzen werdenn, wodurch der serientaugliche Versiegelungsprozess noch schonender für das verpackte Bauteil sein soll.

Die Technik eignet sich nicht nur für die Elektronik, sondern auch für Medizinverpackungen. Die im Rahmen eines Forschungsprojektes entwickelte Technik wird derzeit noch weiter verbessert, jetzt werden die Kapselung flexibler Solarzellen und die Verarbeitung in roll-to-roll-Prozessen anvisiert. (me)

Das Fraunhofer ILT wird diese und andere Verfahren auf der K2016 in Halle 7 an Stand SC01 vorstellen.

Weiterführende Information
  • K 2019 – Branchentreff für Kunststoff und Kautschuk

    Der Countdown zur K 2019 läuft bereits. Vom 16. bis 23. Oktober 2019 versammelt sich die Kunststoff- und Kautschukindustrie wieder auf dem Düsseldorfer Messegelände. Das Ausstellungsangebot der K umfasst die Bereiche Maschinen und Ausrüstungen, Roh- und Hilfsstoffe sowie Halbzeuge, technische Teile und verstärkte Kunststofferzeugnisse.   mehr

Unternehmensinformation

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Steinbachstraße 15
DE 52074 Aachen
Tel.: 0241 8906-0
Fax: 0241 8906-121

Diese Beiträge könnten Sie auch interessieren
keine Kommentare
Diesen Artikel kommentieren





Über die Verarbeitung Ihrer personenbezogenen Daten zum Zweck der Kommentierung von Inhalten informiert Sie unsere Datenschutzerklärung.
Newsletter

Sie wollen keine Kunststoffe-News verpassen?
Hier kostenlos anmelden


Beispiel-Newsletter ansehen

Kunststoffe Basics