TWIST-Verfahren für das Mikroschweißen von Kunststoffen

Die Bandbreite des Laserstrahlschweißens von Kunststoffen reicht von der Herstellung von Schweißnähten für Mikrotechnikkomponenten bis zum reproduzierbaren und prozesssicheren Verbinden großer Bauteile mit hochbelastbaren Schweißnähten. Verschiedene Verfahrensstrategien erlauben ein Höchstmaß an Flexibilität durch angepasste Bestrahlungsformen und kurze Prozesszeiten. Durch neue Entwicklungen bei medizinischen und biotechnologischen Mikrosystemen steigen die Anforderungen an das Fügeverfahren hinsichtlich einer Miniaturisierung.

Mit der Kombination eines Faserlasers und einer dynamischen Bestrahlungsstrategie wurde hierfür ein neues Verfahren entwickelt: das "Transmission Welding by an Incremental Scanning Technique" (TWIST). TWIST vereinigt die Eigenschaften des Konturschweißens mit denen des quasi-simultanen Kunststoffschweißens. Entlang der Vorschubbewegung wird die Laserstrahlung auf einer Kreisbahn geführt und passiert jedes Konturinkrement mehrmals. Durch diese Überlagerung bei höchsten Geschwindigkeiten ist es möglich, auch die bei wenigen Mikrometer großen Fokusdurchmessern hohen Intensitäten zum Kunststoffschweißen zu nutzen und Fügegeometrien mit Breiten unter 100 µm zu erzielen.

Die Analyse des Nahtquerschnitts zeigt eine der herausragenden Eigenschaften des TWIST-Ansatzes. Die hohe Bahngeschwindigkeit innerhalb der Konturinkremente führt zu einem homogenen Energieeintrag über die Schweißnaht und zu einer deutlich reduzierten Tiefe der Wärmeeinflusszone mit einer sehr flachen Ausprägung im Gegensatz zum konventionellen Schweißen mittels Diodenlasern. Die reduzierte Wärmeeinflusszone mit flexibler Einstellung der Schweißnahtbreite zwischen 100 und 500 µm sowie die grundsätzliche Eigenschaft, dass die Bauteile ohne Abzeichnung und mit geringem Verzug verschweißt werden können, machen die Vorteile des TWIST-Verfahrens aus.

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Dr. Arnold Gillner
arnold.gillner@ilt.fraunhofer.de
www.ilt.fraunhofer.de