Advanced Quasi-Simultaneous Welding

Das Advanced Quasi-Simultaneous Welding, kurz AQW, ist ein neues, patentiertes Verfahren. Es nutzt die Vorteile des konventionellen Laserschweißens und kombiniert dieses mit den Vorzügen des EvoClear-Verfahrens zum klar-klar-Schweißen. Dadurch können eine deutliche Verkürzung der Schweißzeit und eine verbesserte Schweißnahtqualität erreicht werden.

Der zentrale Prozess beim AQW-Verfahren ist das etablierte Laser-Durchstrahlschweißen, bei dem zwei Kunststoffe in überlappender Anordnung gefügt werden. Der Laserstrahl wird durch das obere, transparente Fügeteil auf das untere, absorbierende Teil fokussiert, wo die Laserenergie absorbiert und in Wärme umgewandelt wird. Durch den Wärmeübergang wird dann auch das obere Fügeteil erwärmt. Da die meisten technischen Polymere in einem Wellenlängenbereich von etwa 800 nm bis 1000 nm, einer gängigen Wellenlänge von Diodenlasern, die häufig zum Laserschweißen von Kunststoffen eingesetzt werden, eine relativ hohe Transmission aufweisen, können sie als transparente Fügepartner eingesetzt werden. Durch Zugabe von Additiven wie Ruß können die Laserabsorptionsparameter für das untere Fügeteil eingestellt werden.

Die hohe Abhängigkeit des Prozesses von der Wärmeübertragung von einem Fügepartner zum anderen bringt verschiedene Nachteile mit sich. Die Teile müssen eine hohe geometrische Genauigkeit aufweisen, um einen einwandfreien Kontakt zu gewährleisten. Dies ist insbesondere beim Konturschweißen, bei dem sich der Laser nur einmal entlang der Schweißbahn bewegt, ein Problem, da hier Luftspalte kaum überbrückt werden können. Die Absorption der Energie vor allem im absorbierenden Teil führt außerdem zu einem hohen Temperaturgefälle zwischen den beiden Teilen während des Schweißvorgangs. Insbesondere beim Schweißen hochtransmissiver, amorpher Polymere wie Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA) bildet sich ein hoher Temperaturgradient aus, der zu Eigenspannungen im Fügebereich führt, das Prozessfenster einschränkt und damit die Bearbeitungszeit erhöht. Um diese Nachteile auszugleichen, ergänzt das AQW-Verfahren die primäre Laserstrahlung mit einer zweiten Laserquelle mit unterschiedlicher Wellenlänge. Diese Sekundärstrahlung, die üblicherweise in einem Wellenlängenbereich über 1,5µm liegt, zielt darauf ab, das obere Fügeteil direkt und nicht nur durch Wärmeübertragung zu erwärmen. Dadurch wird der Temperaturgradient verringert und das Prozessfenster vergrößert. Beim AQW-Verfahren wird das Werkstück nicht simultan, sondern abwechselnd mit zwei Laserquellen bestrahlt. Im Gegensatz zur gleichzeitigen Bestrahlung kann durch diese Strategie und eine gezielte Auswahl der eingesetzten Wellenlängen eine selektive Energiemenge in jeden Fügepartner eingebracht werden. Durch das Umschalten zwischen den beiden Laserquellen in einem bestimmten Zeitraster kann der Prozess besser kontrolliert und an die gewünschten Prozessergebnisse angepasst werden. Die Verwendung eines Lasers als sekundäre Strahlungsquelle erleichtert zudem die Integration in die üblicherweise verwendeten Strahlführungssysteme, wie z.B. galvanometrische Scanner, was insbesondere bei einem quasi-simultanen Schweißprozess von Bedeutung ist.