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Verbindungstechnik Laserschweißen von Membranen erfordert genaue Anlagentechnik

Autor / Redakteur: Jens Hahn / Rüdiger Kroh

Faserlaser erlauben mit Fokusdurchmessern bis 14 µm und sehr hohen Leistungsdichten das Schweißen kleinster Geometrien. Neben dem Laserwerkzeug ist auch eine Anlagentechnik notwendig, die den Laser und das zu bearbeitende Bauteil präzise bewegt. Dafür ist eine mechanische Genauigkeit bis ±1 µm erforderlich.

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Bild 1: Laserschweißen von Membranen mit Materialstärken unter 50 µm stellt hohe Anforderungen an das Verfahren.
Bild 1: Laserschweißen von Membranen mit Materialstärken unter 50 µm stellt hohe Anforderungen an das Verfahren.
(Bild: Sitec)

Die Welt der Laserstrahlquellen hat sich in den vergangenen Jahren wesentlich verändert. Es sind Werkzeuge entstanden, die kleinste Bearbeitungsgeometrien bei gleichzeitig hoher Leistungsstabilität und sehr schneller Regelbarkeit ermöglichen. Dies hat das Vordringen in bis dahin kaum denkbare Bearbeitungsgenauigkeiten und somit neue Anwendungsfelder eröffnet. Häufig eingesetzte alternative Verfahren wie das Schweißen mit Elektronenstrahl oder Mikroplasma konnten dadurch substituiert und die Effizienz der Produktion sowie die Effektivität der Produkte gesteigert werden.

Der Laser als regelbares Werkzeug

In vielen Produkten der Medizintechnik oder im Sensorenbau kommen Nickelbasiswerkstoffe wie Inconel oder Hastelloy zum Einsatz. Diese Materialien sind durch ihre spezielle Elementzusammensetzung nicht unproblematisch beim Bearbeiten mit thermischen Verfahren. Dort kann der Laser seine Stärken ausspielen, in dem er als flexibles, dabei jedoch sehr gut dosier- und regelbares Werkzeug eingesetzt wird.

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Vor allem beim Schweißen von Membranen mit Materialstärken unter 50 µm sind die Anforderungen gewaltig. Häufig in Kombination vorkommende Anforderungen wie Dichtigkeit, sehr geringe Oberflächenrauheit, Oxidationsfreiheit und sehr hohe Bauteilgenauigkeiten mit damit verbundener schlechter Zugänglichkeit der Fügestellen, erfordern ein hohes Maß an Präzision der Lasertechnik im Zusammenspiel mit der Mechanik der Bearbeitungsanlage. Nur eine ausgereifte und perfekt abgestimmte Kombination dieser beiden Komponenten, garantiert eine sichere und effektive Produktion.

Faserlaser können sehr hohe Leistungsdichten generieren

Die genannten Randbedingungen erfordern besondere Laserquellen. Faserlaser spielen dabei eine entscheidende Rolle, denn sie können mit Faserkerndurchmessern und resultierenden Fokusdurchmessern bis 14 µm sehr hohe Leistungsdichten generieren. Mit kleinen Laserleistungen und somit geringen Investitionskosten stehen Geräte zur Verfügung, die für Wärmeleit- aber auch für Tiefschweißprozesse einsetzbar sind.

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