18/10/2016
Door Ad Spijkers
Het Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) presenteert op de vakbeurs K (19-26 oktober in Düsseldorf) een aantal nieuwe technologieën om kunststoffen duurzaam te verbinden aan andere oppervlakken.
Om licht te kunnen construeren, moeten oppervlakken vormgesloten en duurzaam worden verbonden. Voor met vezels versterkte composieten in de lucht- en ruimtevaart en in de automobielbranche is laserlassen een bekende techniek. Daarbij wordt eerst het metaaloppervlak met de laser opgeruwd en in een tweede stap verbonden met het verwarmde kunststofoppervlak.
Ultrakorte pulslaser
Tot nu toe gebeurde de laseropruwing in een scanproces dat lijntjes op het metaaloppervlak genereert. Deskundigen van het Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) ontwikkelden een nieuw opruwproces met behulp van een ultrakorte pulslaser (UKP). Deze genereert zogeheten Cone Like Protrusions (CLP) op het metaal. Deze willekeurig verdeelde micro-verhogingen vergroten het contactoppervlak met het vijf- tot tienvoudige. Hierdoor wordt de verbinding niet alleen hechter, maar in alle richtingen even sterk.
Het proces is in het laboratorium beproefd en functioneert ook voor het spuitgieten met metallische inserts. De foto toont een demonstratiemodel uit PMMA dat is vervaardigd door laserlassen, -snijden-, -structureren en metaal-kunststof-verbinden (foto: Fraunhofer-ILT).
Absorbtievrij doorzichtlassen
Bij het laserlassen van thermoplasten is gewoonlijk één van de te verbinden delen transparant. Bij het tweede wordt een absorberende stof bijgemengd zodat deze de laserstraling beter absorbeert. De laser gaat door het eerste deel heen, smelt het tweede en verbindt zo de beide delen.
De absorberende stof kan men weglaten door een laser met langere golflengte te gebruiken. Beide delen absorberen de straling en het komt er op aan een selectief smeltbad zonder een te grote warmte-invloedszone te genereren. De laserstraal wordt daarvoor snel (>1 m/s) meerdere malen langs de lascontour geleid. Tegelijkertijd wordt boven en onder de beide delen de warmte afgevoerd.
De methode kan vooral voor de medische techniek interessant zijn, waar additieven een risico voor de biocompatibiliteit kunnen vormen. Ook in andere toepassingen, waar absorberende stoffen om optische, economische of functionele redenen ontoelaarbaar zijn, kan de methode worden gebruikt.
Multilaags folies veilig verzegelen
Met eenvergelijkbare laser kunnen ook multilaags folies mediumdicht worden gelast. Dit komt bijvoorbeeld van pas bij de verwerking van lithiumaccu's of OLED displays. Enkele materialen hierin reageren gevoelig op zuurstof of waterdamp, zodat ze worden ingekapseld in speciale high barrier multilaags folies.
Normaal worden de componenten rondom met folie verlijmd of gelast, zodat een zak ontstaat die bijvoorbeeld de flexibele organische OLED bevat. Met een speciale laser kan men nu doelgericht een laag folie opsmelten, waardoor het verpakte onderdeel in geschikt verzegelingsproces nog beter wordt beschermd. De techniek is niet alleen geschikt voor elektronica, maar kan ook interessant zijn voor medicijnverpakkingen waaraan hoge eisen worden gesteld. Deze techniek wordt nog verder verbeterd, waarbij nu de omkapseling van flexibele zonnecellen en de verwerking van roll-to-roll processen wordt bekeken.