SOLECTRO AB

Laserplastsvetsning – kortfattade riktlinjer för design och konstruktion av komponenter

Meningen med detta dokument är att på ett enkelt sätt kunna informera designers och ingenjörer om laserplastsvetsning så att de kan använda sig av detta i koncept- och designfasen

Kort om laserplastsvetsning
Laserplastsvetsning är en metod för att sammanfoga två eller flera termoplastkomponenter. Även om det finns många metoder för att sammanfoga termoplaster så har laserplastsvetsning några mycket tydliga fördelar. Högre sammanfogningskvalitet, minimalt med blänk eller partiklar, bättre kvalitetskontroll, mindre påfrestning på komponenten samt förmågan att kunna sammanfoga komplexa och invecklade former.

När plaster sammanfogas genom lasersvetsning, passerar laserstrålen genom den övre laser- lasergenomsläppliga delen för att sedan överföra sin energi till den nedre laserabsorberande delen. Ett måttligt klämtryck säkerställer en tillförlitlig värmeledning mellan de två komponenterna som skall sammanfogas. Svetsfogen plastificeras och bildar efter kylning en säker och stark svets.

Viktiga krav
1. Lasertransparent övre lager
Den övre komponentdelen som skall sammanfogas måste vara tllräckligt tranparent för laserns våglängd för att laserstrålen skall kunna gå igenom. Plaster som är lasertranparenta är antingen rena eller så innehåller de ikke absorberande pigment.
Lasertransparenta plaster är inte nödvändigtvis transparenta för det mänskliga ögat. Den energikraft som behövs för laserstrålen att uppnå utmärkt svetsning är beroende av genomsynligheten på den transmissiva plasten i det övre lagret. Genomsynligheten är beroende av tillsatser, fyllningsmedel och materialets tjocklek.
Medicin: Microflödeskassett med exakta svetssömmar utan restpartiklar från svetsprocessen.

2. Laserabsorberande undre lager
Det laserabsorberande lagret omvandlar den återstående laserenergin som en gång passerat genom det transmissiva lagret till värme sammanfogningsstället för de båda lagerna.
En vanligt förekommande och mycket ekonomisk tillsats för att få plast IR-absorberande är sot (vanligen tillsatt i förhållandet från 0.2-0.4 vikprocent ). Därutöver finns det även flertalet andra IR-absorberande tillsatser som tillåter valfri färg.
Det är möjligt att sammanfoga två delar av klar plast genom att antingen använda en special tillsats (ClearweldTM från företaget Gentex®) eller genom att använda särskilda laservåglängder.

3. Materialkompabilitet Två polymerer som skall sammanfogas måste höra till samma ”plast-familj” det vill säga att de måste ha samma egenskaper för att man skall kunna lyckas med sammanfogningen. Skulle inte fallet vara så kommer en av delarna att smälta eller brinna upp och den andra kommer att vara opåverkad.
Följande material i sin rena form fungerar mycket bra vid sammanfogning: PA 6, PA66, POM, PBT, PC, ABS, PP och PE. Kontakta oss gärna för att erhålla en mer detaljerad lista på kompatibla plaster.

4. Kontakt
För sammanfogningsprocessen är det av allra största betydelse att den värmeenergi som genereras på ytan av det undre lagret överförs till det övre lagret så att även detta smälter. För att uppnå en sådan värmeöverföring så måste dessa två lager vara i kontakt med varandra under hela svetsprocessen.
Kontakt och tryck produceras vanligen med olika spännmetoder och spännverktyg (se bokstav ”G”, Bild 1 nedan).
Rekommendationer vid design och konstruktion
Följande krav måste beaktas vid konception och konstruktion av den individuella komponenten så att laserplastsvetsningen sen kan fungerar.
Bild 1 - Före svetsningen
Fogsträcka Fogsträcka är den sträcka som sammanfogningsdelarna tillsammans rör sig under smältprocessen och under spänntryck (D1 och D2, Bild 1 och Bild 2). Detta förlopp medför att materialet smälter och sammanfogas. Vid sammanfogning av två platta komponenter rekommenderas ett svetssteg (se E, Bild 1) som då blir själva fogsträckan.
I bild 1 ovan visas ett fogningställe före svetsning och på bild 2 visas ett fogningsställe efter svetsning. Lägg märke till smältöverskottet på det komprimerade svetssteget (H, bild 2).
Komponenttillgänglighet för laserstålen
Komponenter som skall svetsas måste designas så att laserstrålen når det önskade stället som skall sammanfogas (se bokstav A, bild 1). Denna tillgänglighet skall även beakta svetssömsbredden och även positionstoleransen.

Sammanfognings förklaring
Genomsläppande lager
Absorberande lager
A – Tillgänglighet för laserstråle
B - Spännverktyg
C – Tjocklek övre lager
D1 – Före svetsning
D2 – Efter svetsning
E - Svetssteg
F – Smältskydd
G – Fixtur - spännverktyg
H – Smältöverskott
I - Zon för smältöverskott
Bild 2 – Efter svetsningen
Fordonsindustri: Hyundai Equus baklykta
Fordonsindustri: elektronisk sensor
Medicinindustri: mikro-atomizer

Spännteknik
Det måste finnas en adekvat spännyta på locket för att kunna säkra ett optimalt applikationstryck på zonerna intill svetssömmen. Fixturen måste konstrueras så att den ger bra stöd för komponenten runt bärzonen. Mycket bra och reproducerbar positionering på komponenten i fixturen är avgörande för en likformig fastspänning och för att lasern skall kunna följa sammanfogningslinjen. Detta säkerställer ett konsekvent och utmärkt svetsresultat.

SOLECTRO AB www.solectro.se
Informationskälla: LPKF Laser & Electronics AG, Laser Welding Division

Publicerad
2015-04-21
Dokument