Laser direct joining of metals and plastics is a promising process for producing strong and reliable joints for lightweight hybrid structures without the need for adhesives, primers or mechanical fasteners. Commonly this process consists of two separate steps using at least two processing stations: the surface of the metal part is textured to achieve an increased surface roughness and improved mechanical interlock between the components. In another step, the thermoplastic components or the matrix of thermoplastic fiber reinforced composites are selectively heated to allow the melt to flow into the prepared metal structures. In this work, a new method is presented that combines highly efficient laser surface texturing of metallic parts and the selective laser heating of the joining zone in a transmission joining process using a single laser beam source running in different operation modes. This enables a very compact and cost-efficient processing station.
Das Laser-Direktfügen von Metallen mit Polymeren beruht auf zwei wesentlichen Teilprozessen: Der Oberflächenstrukturierung des metallischen Fügepartners und dem Aufschmelzen des thermoplastischen Fügepartners an der Grenzfläche. Bisher werden dafür meist zwei verschiedene Werkzeuge verwendet. Kurzgepulste Laserstrahlung für die Oberflächenstrukturierung und kontinuierliche Laserstrahlung für den Fügeprozess. In einem Forschungsvorhaben der Technischen Hochschule Nürnberg mit der Evosys Laser GmbH wurde ein neuer Ansatz entwickelt, bei dem beide Teilprozesse mit derselben cw-Laserstrahlquelle durchgeführt werden, wobei ein besonders effizienter Strukturierprozess durch eine schnelle Leistungsmodulation des Lasers realisiert wurde. (cw: continuous wave; deutsch: ununterbrochene Welle, Dauerstrichlaser)
Hochleistungslaserschweißen temperaturempfindlicher Thermoplaste – was auf den ersten Blick wie ein Widerspruch aussieht, erweist sich in der Praxis als nahezu ideale Kombination. Ein neues Schweißmodul erfasst mittels Hochgeschwindigkeitspyrometer die Bauteiltemperatur in Echtzeit, um ein Überhitzen der Materialien zu verhindern.