FORMIKROPROD

BAYERISCHER FORSCHUNGSVERBUND FüR MIKROPRODUKTIONSTECHNIK

B3 Werkstoffliche und verfahrenstechnische Aspekte des Schweißens von Mikroformteilen aus Kunststoff mittels Laserstrahlung

Arbeitsfeld:

Die meisten thermoplastischen Kunststoffe sind in ungefülltem Zustand für Strahlung im nahen Infrarotbereich (780 nm bis 1400 nm) transparent. Durch spezielle Füllstoffe kann ihre Absorption jedoch erhöht werden, was bei lokal begrenzter Energieeinbringung durch Laserstrahlung ein Aufschmelzen und Fließen des Werkstoffs ermöglicht. Somit lassen sich im Durchstrahlverfahren Kombinationen transparenter und absorbierender Formteile mit dem Laser schweißen. Enthalten beide Fügepartner absorptionssteigernde Füllstoffe, so können alle konventionellen Fügegeometrien auch durch Laserschweißen realisiert werden. Bei makroskopischen Anwendungen haben sich diese Verfahren zum Fügen von Kunststoffen erfolgreich als Alternative zum Kleben und anderen Schweißverfahren etablieren können. Für die Mikrosystemtechnik ergeben sich gegenüber makroskopischen Applikationen zusätzliche Anforderungen, wie beispielsweise kleine Fügeflächen und geringe mechanische Belastbarkeit der Formteile. Das Laserstrahlschweißen bietet hier aufgrund der guten Fokussierbarkeit der Strahlung und dem damit verbundenen, lokal begrenzten Energieeintrag deutliche Vorteile im Vergleich zu alternativen Kunststoff-schweißverfahren. Die Umsetzung der bisherigen Kenntnisse in den Mikrobereich soll durch den Einsatz von neuen Strahlquellen, wie z.B. Faser- oder diodengepumpter Nd:YAG-Laser, ergänzt werden. Diese Laser bieten eine sehr hohe Strahlqualität, sind aber gegenüber Diodenlasern ökonomisch konkurrenzfähig. Zielsetzung ist, im Konturschweißverfahren (statt mit Belichtungsmasken) Schweißnähte mit sehr kleinen Breiten (Ziel: < 50 µm) zu realisieren. Die Miniaturisierung soll durch spezielle Werkstoffmodifikationen, funktionale Schichten und angepasste Formteilgestaltung unterstützt werden. Sowohl die Charakterisierung der Ausgangswerkstoffe und der hergestellten Mikroformteile als auch die Beurteilung der Nahtqualität erfolgen dann mit mechanischen und mikroskopischen Untersuchungsverfahren sowie unter Einsatz thermoanalytischer Methoden.