Medizintechnische Geräte laserschweißen

Laser-Kunststoffschweißen für „saubere“ Verbindungen

Kunststoffe sind leicht zu formen, einfach zu reinigen und das Gewicht ist vergleichsweise gering. Ideale Voraussetzungen auch für viele medizinische Anwendungen. Für das Fügen einzelner Kunststoffteile stehen verschiedene Technologien zur Verfügung. Vom Kleben über das Ultraschallschweißen bis zu Laserschweißen. Letzteres wird besondere dann gewählt, wenn die Fügestellen besonders hohen Ansprüchen an Festigkeit sowie Freiheit von Staub und Chemie genügen müssen.

Die Anzahl miteinander laserschweißbarer Materialien ist größer als vielfach angenommen. © LPKF

Beim Laser-Durchstrahlschweißen entstehen Schweißnähte, deren Festigkeit nahezu der Grundmaterialfestigkeit entspricht. Späne oder Stäube treten nicht auf, und der Eintrag von Chemikalien ist nicht notwendig. Eine saubere, hygienische Sache also. Dabei lassen sich Schweißnahtbreiten im Bereich von wenigen hundert Mikrometern umsetzen. Die Schweißnähte sind dicht und das umgebende Material bleibt partikelfrei. Besonders, wenn feine und optisch ansprechende Nahtstrukturen gefordert sind, ist Laserschweißen eine geeignete Technologie.

Das Laser-Durchstrahlschweißen folgt einem vergleichsweise einfachen Prinzip, die Verfahrenstechnik kann jedoch aufwendig sein. © LPKF

Beim klassischen Laser-Durchstrahlschweißen wird ein für die Wellenlänge des Lasers transparenter oberer Werkstoff mit einem laserabsorbierenden unteren Bauteil kombiniert. Der Laserstrahl wird durch den oberen Fügepartner auf den absorbierenden unteren Fügepartner fokussiert. Der untere Fügepartner schmilzt oberflächennah auf. Durch Wärmeleitung schmilzt auch der obere Fügepartner im Bereich der Schweißnaht lokal. Nach Abkühlung entsteht eine stoffschlüssige Verbindung - so fest wie das Material selbst. Voraussetzung für einen erfolgreichen Fügeprozess ist lediglich, dass eines der Bauteile aus einem lasertransparenten und eines aus einem laserabsorbierenden Kunststoff ist, wobei es hier vielfältige Kombinationsmöglichkeiten gibt.

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Anwendung in der Medizintechnik findet diese Technologie in vielen Bereichen: Beim Fügen von Gehäusen für Elektronikkomponenten wie bei Insulingeräten oder Herzschrittmachern. Zylindrische Bauteile wie Katheter oder Stifte können exakt und sicher lasergeschweißt werden, ebenso wie Kartuschen und Mikrofluidiken für Diagnoseverfahren. Auch die einzelnen Bauteile von Kunststoff-Ventilen, die hohem Druck standhalten müssen, lassen sich stabil mit dem Laser verschweißen. Und den Geometrien sind kaum Grenzen gesetzt.

Lasergeschweißter Mikrofluidik-Sensor. © LPKF

Durch Einsatz spezieller Strahlquellen ist neben der beschriebenen Prozessvariante des transparent-absorbierend-Schweißens auch das Fügen zweier transparenter Fügepartner im Clear-Joining-Verfahren möglich. Das ist besondere dann von Interesse, wenn Zertifizierungsbestimmungen des Bauteils den Zusatz eines Laserabsorbers nicht erlauben oder das Bauteil nach dem Schweißen mit optischen Analysemethoden ausgewertet werden muss.

Laser-Kunststoffschweißmaschinen gibt es als Stand-alone-Lösung oder zur Integration in Produktionslinien. Die Systeme vom LPKF ermöglichen nachverfolgbare und wiederholgenaue Prozesse, um die Einhaltung spezifischer Reinheitsbedingungen sowie Prozessvalidierung zu gewährleisten. Damit genügen sie laut Anbieter auch den hohen Ansprüchen hinsichtlich Prozess- und Qualitätssicherheit in der Medizintechnik.

Beispiel eines Inline-Laserschweißsystems: Inlineweld 6200. © LPKF

Je nach Applikation kommen unterschiedliche Schweißmethoden zum Einsatz: Radialschweißen, Konturschweißen oder Quasisimultanschweißen. Für sehr außergewöhnliche Projekte wird die Erfahrung des eigenen Anwendungszentrums genutzt. Die individuelle Kombination von Laser, Strahlführung und Steuerung ermöglich das Umsetzen auch sehr komplexer Fügeaufgaben – auf Wunsch auch automatisiert.

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