Laserdurchstrahlschweissen -
präzise und sauber

Die beiden Bauteile werden in der endgültigen Position aufeinander positioniert und in einer Spanneinheit zusammengedrückt. Das obere Bauteil ist für den Laserstrahl transparent, so dass er zumindest teilweise bis zur Schweissnaht gelangen kann. Das untere Bauteil absorbiert den Laserstrahl und setzt die eingestrahlte Energie in Wärme um.

Durch den mechanischen Andruck wird die entstandene Wärme auch ins obere Bauteil geleitet, so dass die Oberflächen beider Bauteile anschmelzen und sich mischen. Da die Eindringtiefe des Lasers ins untere Bauteil nur klein ist, dehnt sich die entstandene Schmelzzone typischerweise nur Bruchteile eines Millimeters in die Tiefe der Bauteile aus.

Sobald der Laser die Schweissstelle verlassen hat, kühlt die Kunststoffschmelze ab und erstarrt zu einer festen, belastbaren Verbindung. Da nur wenig Kunststoff geschmolzen wurde, erfolgt die Abkühlung sehr schnell. Selbst unmittelbar neben der Schweissnaht ist die Wärmeeinwirkung nur minimal.

Nur die inneren Oberflächen der Bauteile schmelzen. Die äusseren Oberflächen bleiben unberührt. Der Schweissprozess hinterlässt also keine sichtbaren Markierungen.
Da die Kunststoffschmelze nicht an Luft stattfindet, entstehen keine Dämpfe oder Verbrennungen. Auch muss kein Material abgeschmolzen werden wie bei anderen Schweisstechniken. Somit können weder Austrieb der Schmelze noch sonstige Partikel enstehen. 

Je nachdem wie der Laserstrahl entlang der Schweissnaht über die Bauteile geführt wird, unterscheidet man die Prozesstypen

- Konturschweissen
- quasi-simultanes Schweissen
- simultanes Schweissen
- Maskenschweissen

Spezialvarianten Schweissprozess

Neben dem normalerweise angewandten Laserdruchstrahlschweissen gibt es auch noch ein paar Spezialvarianten des Laserschweissprozess, welche vergleichsweise selten zum Einsatz kommen. 

Durchwärmverfahren

Das Durchwärmverfahren ist anwendbar für zwei dünne lasertransparente Kunststofffolien. Der Laser strahlt durch beide Bauteile hindurch, die auf einer laserabsorbierenden Unterlage liegen. Die Unterlage erhitzt sich lokal und durch den Andruck der Folien auf die Unterlage erwärmen sich auch diese. Die untere Kunststofffolie wird über die ganze Dicke aufgeschmolzen, die obere Folie an der unteren Oberfläche.
 

Für dickere Folien oder Bauteile ist die Wärmeleitung im Kunststoff zu gering um ein Schweissen im Durchwärmverfahren zu ermöglichen. 
Besonders geeignet für das Durchwärmverfahren ist die Kugeloptik, da sie den mechanischen Andruck nur lokal beim Laserstrahl aufbringt und so ohne eine entsprechend grosse Spanneinheit erlaubt auch grossflächige Folien miteinander zu verschweissen.
 

Lange Wellenlängen 2 µm

Anstatt Laserwellenlängen von 800-1'100 nm zu verwenden für welche die üblichen Polymere transparent sind, können auch längere Wellenlängen benützt werden. Ab rund 1'650 nm haben die meisten Polymere eine schwache Eigenabsorption, die ausgenutzt werden kann.
Im Unterschied zum normalen Laserdurchstrahlschweissen wird der Laser aber schon im oberen Bauteil absorbiert. Durch eine starke Fokussierung des Laserstrahls auf die Schweissnahtebene wird in der Schweissebene zwar weniger Laserenergie absorbiert als bei der Eintrittsfläche, aber verteilt über eine viel kleinere Fläche. Entsprechend schmilzt der Kunststoff im oberen und unteren Bauteil auf mit einer sehr viel tieferen Schmelzzone als beim Laserdurchstrahlschweissen.

    
Da ein viel grösseres Volumen von Kunststoff aufgeschmolzen und der Laserstrahl nicht komplett absorbiert wird, muss mehr Laserenergie pro Länge Schweissnaht aufgebracht werden. Da Laser bei Wellenlänge 2 µm generell weniger Leistung haben als bei 800-1'100 nm muss die Schweissgeschwindigkeit auf einige mm/s reduziert werden stelle von einigen cm/s beim normalen Laserdurchstrahlschweissen. Ausserdem sind Laser mit Wellenlänge 2 µm deutlich teurer als diejenigen mit kürzeren Wellenlängen.

Die langen Wellenlängen werden für Spezialanwendungen eingesetzt, bei denen dem Grundpolymer kein Absorber für die normalen Laserwellenlängen beigemischt werden kann. Meistens stammen diese Anwendungen aus dem Bereich der Medizintechnik. 

Laserschweissen mit Wellenlängen um 2 µm wird von ProByLas AG nicht angeboten.

Stumpfschweissen

Analog zum Infrarot-Schweissen können zwei laserabsorbierende Kunststoffbauteile mit einem Laser lokal erhitzt werden, bis der Kunststoff auf der Oberfläche anschmilzt. Nach dem Ausschalten des Lasers werden die Bauteile rasch rotiert und zusammengedrückt bevor die Schmelze zu stark abkühlt und erstarrt.

Gegenüber Infrarot zum Erwärmen der Bauteile ist Laser zwar genauer, aber auch viel teurer. Aus diesem Grund wird das Stumpfschweissen mit Laser in der Praxis nicht angewandt.
Laserstumpfschweissen wird von ProByLas AG nicht angeboten.