Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Laserdurchstrahlschweißen mit werkstoff- und bauteilangepassten Intensitätsverteilungen

Die wachsenden Ansprüche an die Beschaffenheit von Kunststoffbauteilen sowie der Trend zur Miniaturisierung stellen immer höhere Anforderungen an die unterschiedlichen Herstellungs- und Fügeprozesse. Ein Fügeverfahren, welches sich auf Grund seiner Flexibilität in der Vergangenheit erfolgreich etablieren konnte, ist das Laserdurchstrahlschweißen. Beim Laserdurchstrahlschweißen entsteht durch Absorption der Laserstrahlung im absorbierenden Fügepartner an der Grenzfläche eine Aufschmelzung. Bei der resultierenden Verschweißung hat die Intensität des Laserstrahls einen signifikanten Einfluss auf das sich ausbildende Temperaturprofil und damit auf die Form des Schmelzbades sowie der Nahtgeometrie. In der Industrie werden aktuell ausschließlich symmetrische Gauß-, Tophat oder M-shape-Intensitätsverteilungen verwendet. Gerade in stark streuenden Werkstoffen sowie für kleine Nahtradien führen diese Intensitätsverteilungen jedoch zu ungeeigneten Temperaturprofilen mit Überhitzungen an der Bauteiloberseite. Dies begrenzt den Einsatzbereich des Laserdurchstrahlschweißens signifikant. So können z.B. stark streuende teilkristalline Kunststoffe mit hoher Flammwidrigkeit, welche als Werkstoffe für die Elektromobilität eingesetzt werden, derzeit nicht prozesssicher und reproduzierbar verarbeitet werden.

Das Ziel des Vorhabens ist daher die Realisierung werkstoff- und bauteilangepasster Intensitätsverteilungen für das Laserdurchstrahlschweißen. Diese stellen auch in stark streuenden Werkstoffen sowie für kleine Nahtgeometrien und hohe Materialdicken ein ideales Temperaturprofil ein, wodurch Unregelmäßigkeiten im Bearbeitungsergebnis entgegengewirkt werden kann. Damit wird der Ausschuss verringert, die Produktivität erhöht sowie das Anwendungsspektrum erweitert. Das im Vorhaben aufgebaute Anwendungswissen bzgl. benötigter Intensitätsverteilungen bei bestimmten Werkstoffen und Bauteilgeometrien wird in einem Anwendungskatalog den KMUs für die industrielle Umsetzung nutzbar gemacht.