Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Laserfügetechnologien auf der »K«

19.09.2016

Alle 3 Jahre trifft sich die Kunststoffbranche zur »K« in Düsseldorf. Wieder dabei ist auch das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT mit vielen innovativen Technologien, so zum Beispiel für das Fügen von Kunststoffen mit Metallen unter Verwendung von Ultrakurzpulslasern. Sie finden das ILT vom 19. bis 26. Oktober auf dem Stand der Fraunhofer-Gesellschaft SC01 in Halle 7.

Die »K« ist die weltgrößte Messe der Kunststoff- und Kautschukindustrie. Auch in diesem Jahr werden 3.000 Aussteller und mehr als 200.000 Besucher aus aller Welt erwartet. Schwerpunkte sind neben Industrie 4.0 und Ressourceneffizienz auch neue Werkstoffe und Leichtbau.


Bild 1: Strukturierung einer Metallprobe mit einem Hochleistungs-Faserlaser als Vorbereitung für eine Metall-Kunststoff Verbindung.

© Fraunhofer ILT, Aachen.


Bild 2: Demonstrator aus PMMA hergestellt durch Laserschweißen, -schneiden, -strukturieren sowie Metall-Kunststoff-Fügen.

© Fraunhofer ILT, Aachen.

Kunststoff und Metall isotrop verbinden

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.

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 Spritzguss mit metallischen Einlegern. Mit einem großen Demonstrator (Bild) wird das Verfahren auch auf der »K« zu sehen sein.

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 man verzichten, 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 Fraunhofer 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.

Das Verfahren dürfte 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 man jetzt gezielt nur eine Schicht der Folie aufschmelzen, wodurch der serientaugliche Versiegelungsprozess noch schonender für das verpackte Bauteil wird.

Die Technik eignet sich nicht nur für die Elektronik, auch für Medizinverpackungen mit erhöhten Anforderungen dürfte sie interessant sein. 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.

Auf der K 2016 ist das Fraunhofer ILT mit mehreren Experten für die Entwicklung neuer laserbasierter Technologien und Prozesse auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand SC01 in Halle 7 vertreten.

Kontakt

Dr.-Ing. Alexander Olowinsky
Gruppenleiter Mikrofügen
Telefon +49 241 8906-491
alexander.olowinsky@ilt.fraunhofer.de

Dipl. Wirt.-Ing. Christoph Engelmann
Gruppe Mikrofügen
Telefon +49 241 8906-217
christoph.engelmann@ilt.fraunhofer.de

Weitere Informationen:

http://www.ilt.fraunhofer.de

Petra Nolis | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Messenachrichten:

nachricht Sensor+Test 2019: Sanftere künstliche Beatmung
16.05.2019 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

nachricht Applikationsoffensive bei kW-Ultrakurzpulslasern
16.05.2019 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Messenachrichten >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Quanten-Cloud-Computing mit Selbstcheck

Mit einem Quanten-Coprozessor in der Cloud stoßen Innsbrucker Physiker die Tür zur Simulation von bisher kaum lösbaren Fragestellungen in der Chemie, Materialforschung oder Hochenergiephysik weit auf. Die Forschungsgruppen um Rainer Blatt und Peter Zoller berichten in der Fachzeitschrift Nature, wie sie Phänomene der Teilchenphysik auf 20 Quantenbits simuliert haben und wie der Quantensimulator das Ergebnis erstmals selbständig überprüft hat.

Aktuell beschäftigen sich viele Wissenschaftler mit der Frage, wie die „Quantenüberlegenheit“ auf heute schon verfügbarer Hardware genutzt werden kann.

Im Focus: Self-repairing batteries

UTokyo engineers develop a way to create high-capacity long-life batteries

Engineers at the University of Tokyo continually pioneer new ways to improve battery technology. Professor Atsuo Yamada and his team recently developed a...

Im Focus: Quantum Cloud Computing with Self-Check

With a quantum coprocessor in the cloud, physicists from Innsbruck, Austria, open the door to the simulation of previously unsolvable problems in chemistry, materials research or high-energy physics. The research groups led by Rainer Blatt and Peter Zoller report in the journal Nature how they simulated particle physics phenomena on 20 quantum bits and how the quantum simulator self-verified the result for the first time.

Many scientists are currently working on investigating how quantum advantage can be exploited on hardware already available today. Three years ago, physicists...

Im Focus: Accelerating quantum technologies with materials processing at the atomic scale

'Quantum technologies' utilise the unique phenomena of quantum superposition and entanglement to encode and process information, with potentially profound benefits to a wide range of information technologies from communications to sensing and computing.

However a major challenge in developing these technologies is that the quantum phenomena are very fragile, and only a handful of physical systems have been...

Im Focus: A step towards probabilistic computing

Working group led by physicist Professor Ulrich Nowak at the University of Konstanz, in collaboration with a team of physicists from Johannes Gutenberg University Mainz, demonstrates how skyrmions can be used for the computer concepts of the future

When it comes to performing a calculation destined to arrive at an exact result, humans are hopelessly inferior to the computer. In other areas, humans are...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

MS Wissenschaft startet Deutschlandtour mit Fraunhofer-KI an Bord

17.05.2019 | Veranstaltungen

Wie sicher ist autonomes Fahren?

16.05.2019 | Veranstaltungen

Chemie – das gemeinsame Element

16.05.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Integrierte Zuckermoleküle schonen Zellkulturen

17.05.2019 | Biowissenschaften Chemie

Erstmals Einsatz von gefäßschützendem Antikörper bei kardiogenem Schock

17.05.2019 | Biowissenschaften Chemie

Additive Maschinen lernen Superlegierungen kennen

17.05.2019 | Maschinenbau

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics