Thermoplaste lassen sich in amorphe und teilkristalline Thermoplaste unterteilen. Amorphe Thermoplaste sind transparent, da sie keine sichtbaren Zusätze aufweisen. Teilkristalline Thermoplaste hingegen erscheinen mit bloßem Auge opak oder milchig. Prinzipiell lassen sich identische Thermoplaste mit dem Laser miteinander verschweißen. Dabei sind allerdings die optischen Eigenschaften der Thermoplaste zu beachten. In der Tabelle sind die Materialkombinationen aufgelistet, die sich mit dem Laser verschweißen lassen. Neben diesen Kombinationen lässt sich das Angebot auch durch Modifikationen der Mischungen erweitern.
Optische Eigenschaften Die optischen Eigenschaften von Kunststoffen beeinflussen das Schweißergebnis beim Laserschweißen.
Zum Laserschweißen werden einerseits transparente Schweißpartner benötigt. Ohne Zusätze ist jeder thermoplastische Kunststoff für die Laserstrahlung transparent. Dabei unterscheidet man jedoch zwischen amorphen und teilkristallinen Thermoplasten. Bei amorphen Thermoplasten wird die Strahlung nahezu perfekt durchgelassen, auch bei dickeren Materialien. Bei teilkristallinen Thermoplasten hingegen wird die Strahlung an den Körnern gebrochen und reflektiert. Dadurch kommt es zu einer Streuung der Strahlung, die vor allem vom Körnungsgrad und der Dicke des zu bestrahlenden Materials abhängt. Die folgende Abbildung zeigt eine Spektralanalyse von transparentem Polypropylen (PP). Im Wellenlängenbereich zwischen 800-1100 nm ist die Transparenz des Kunststoffes sogar noch höher als im sichtbaren Bereich (400 - 700 nm).
Optische Eindringtiefe Die optische Eindringtiefe ist ein Maß für die Eigenschaften einer absorbierenden Verbindung.
Sie gibt an, wie tief die Strahlung in die Kunststoffoberfläche eindringt, bevor Wärme entsteht. Im Idealfall liegt die optische Eindringtiefe im µm-Bereich, siehe Abbildung oben. Bei ungenügender Absorption kommt es eher zur volumetrischen Absorption. Dabei wird die gesamte Materialdicke erwärmt, siehe mittlerer Fall. Der dritte Fall beschreibt zu starke Oberflächenreflexionen. In diesem Fall kann die Strahlung die Oberfläche gar nicht durchdringen. Die letzten beiden Fälle sind also für den Prozess recht ungünstig.
Die beim Schweißen erzeugte Hitze erzeugt eine Wärmeeinflusszone, die durch Mikrotome oder Mikroschliffe unter dem Mikroskop sichtbar wird. Die Gestaltung der Schweißnaht ist recht einfach. Einfach ausgedrückt müssen die Komponenten im Schweißbereich in physischem Kontakt stehen. Aber so einfach ist es nicht: Die Teile müssen für den Lasereinsatz ausgelegt sein.
