Forschungstitel:
Entwicklung einer Laseroptik und Prozessführung sowie einer Prozesskontrolle für das prozesssichere und qualitätsgerechte Laserfügen flexibler Kunststoffverbunde
Arbeitsgruppe: Abfüll- und Verpackungsprozesse
Forschungsstelle und wissenschaftliche Projektbetreuung:
IGF-Vorhaben: 19458 BG
Finanzierung: BMWi
Laufzeit: 2017 – 2019
Zunehmende Herausforderungen bei der Massenbedarfsgüterherstellung ist die Individualisierung der Produkte. Häufig geschieht dies über die Verpackung und deren Funktionalität. Hinzu kommen der Trend zu immer kleineren Losgrößen, die Verkürzung der Lieferzeit und eine Internationalisierung der Märkte. Ständige Formatwechsel erschweren dabei eine schnelle, kostengünstige Einführung neuer Produkte, verursachen Logistik-, Personalaufwand und erhebliche Stillstandszeiten. Für effiziente Prozesse fehlen insbesondere Lösungen zum konturflexiblen Fügen (und Trennen) von Verbundfolien. Vor allem in der Metallverarbeitung und der Automobilindustrie hat sich die Lasertechnologie als formatunabhängiges Werkzeug etabliert und zu einer erheblichen Qualitäts- und Produktivitätssteigerung geführt. Abgesehen von der laserbasierten Kennzeichnungstechnik konnte die preissensible Verbrauchsgüterproduktion bislang nicht vom Potenzial eines Laserwerkzeuges profitieren.
Aktuelle Untersuchungen der beteiligten Forschungseinrichtungen zeigen, dass beim Fügen flexibler Kunststoffe mittels Diodenstrahllaser ähnliche Nahtfestigkeiten wie bei den etablierten Verfahren Wärmekontakt- bzw. Ultraschallfügen erreicht werden können. Das Vorhaben zielt nunmehr darauf, zu klären, welche Temperaturfelder bei verschiedenen Prozessparametern erzeugt werden und welche Nahtqualität daraus resultiert. Da der Laser im Falle eines punktförmigen Strahls die Fügezone nur für den Bruchteil einer Sekunde erwärmt, gilt es zu ermitteln, welche Schmelzehaltezeit (und Abkühlzeit) für die Ausbildung hinreichend hohe Nahtfestigkeiten erforderlich sind. Die diesbezüglich unter Verwendung einer vorhandenen Laseroptik gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Entwicklung einer angepassten Optik sowie die Optimierung der Prozessreglung ein. Eine Prozessüberwachung soll den hohen Anforderungen an Produktqualität und Prozesssicherheit Rechnung tragen.
Wesentliche Bestandteile des Vorhabens sind:
Projektergebnisse und identifizierter Entwicklungsbedarf finden Eingang in einen Leitfaden, der dabei unterstützt, Potenziale und Grenzen sowie das Kosten-Nutzen-Verhältnis von Laserfügeanwendungen bei der Entwicklung künftiger Anlagen, Produkte und Prozesse besser einzuschätzen.
Die Kenntnis der Zusammenhänge von Prozessparameter und Temperaturverteilung in der Fügezone ist elementar für die Erzielung homogener und hinreichend fester Nähte sowie eine hohe Prozessstabilität. Damit liefert das Vorhaben einen wesentlichen Beitrag zur Akzeptanz und Etablierung eines Laserwerkzeuges zum Fügen flexibler Kunststoffe. Die Technologie ist ebenso geeignet, die Begrenzung auf eine zweidimensionale Nahtgeometrie aufzuweichen.
Seitenpasswort:
Das hier vorgestellte IGF-Vorhaben wird im Rahmen des Programms „Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF)“ durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.