Für ein medizinisches Analysegerät, das als Einwegprodukt ausgelegt ist, soll eine Komponente geschweißt werden. Das Kunststoffprodukt kann Bestandteile des menschlichen Blutes (Plasma, Erythrozyten und Hämatoblasten) zur Analyse separieren. Die Komponente wird aus einem transparenten, 20 mm dicken Gehäuse und einer ebenfalls transparenten, 4 mm dicken Abdeckung zusammengesetzt. Der im Produkt integrierte sensible Sensor darf während des Schweißens nicht beschädigt werden. Sowohl Gehäuse als auch Abdeckung bestehen aus transparentem PETG.

Sowohl im Gehäuse als auch in der Abdeckung befinden sich komplexe Fluidikkanäle und Reservoirs, durch welche Blut geleitet wird. Die Anforderungen an die Verarbeitungsqualität sind bei diesem Produkt daher extrem hoch: Das Blut darf während der Anwendung nicht aus den Kanälen entweichen. Die Schweißnahtbreite misst lediglich 1,5 mm, die Gesamtlänge der Schweißnähte des nur 225 x 110 mm großen Bauteils beträgt 3,8 m. Wichtig ist vor allem auch, dass nur kleine Schweißwülste durch Abschmelze entstehen, da sich hier Blut stauen könnte. Und nicht zuletzt muss das Teil optisch genügen und auch nach dem Schweißen noch transparent sein.

Das Laser-Durchstrahlverfahren kann alle Anforderungen an Dichtigkeit und Optik erfüllen. Bei dieser sauberen Technologie werden weder Partikel noch Emissionen freigesetzt. Sie eignet sich dadurch auch für medizinische Einmalprodukte. Da von beiden Seiten des Produktes geschweißt werden kann, konnten auch die komplexen Schweißgeometrien dicht verbunden werden – und dies berührungsfrei. Die umfangreiche Laborausstattung von Leister ermöglicht es, für den Kunden Schweissversuche mit unterschiedlichen Verfahren durchzuführen. Um nun das geeignete Laserstrahlverfahren zu finden, wurden im Applikationslabor von Leister verschiedene Verfahren getestet und das Konturverfahren schließlich ausgewählt. Im Gegensatz zum Schweißen mit einem Linienlaser oder einer Scanner-Optik benötigt das Konturverfahren kleinere Investitionen und ist flexibel.

Absorptionsverhalten ist entscheidend

Um den Laserstrahl zu absorbieren, muss für das Zusammenfügen zweier verschiedener Teile normalerweise das oben liegende transparent und das unten liegende absorbierend sein. Beide Fügepartner – Gehäuse- und Abdeckungsteil – sind hier jedoch transparent. Vor dem eigentlichen Schweißprozess wird deshalb als Laserstrahlabsorber Clear Weld LD140F auf die Nähte beider Teile aufgebracht. Dieser Absorber ist in einer Trägerflüssigkeit gelagert und muss auf die Oberfläche der Bauteile appliziert werden. In dieser Anwendung wird eine Ultraschall-Düse entlang der Schweißgeometrie geführt, welche die Trägerflüssigkeit verflüchtigt. Da die beiden Fügepartner spritzgegossen werden, sind sie in der Regel leicht verzogen. Beim Zusammenfügen müssen aber plane Verbindungsebenen erzielt werden. Einerseits, damit dicht geschweißt werden kann und andererseits nur wenig Abschmelze entsteht, an der sich die Blutbestandteile stauen könnten. Um dies zu verhindern, werden die Bauteile unter großem Druck gefügt.

Spezielle Spannvorrichtung bietet Lösung

Um von beiden Seiten zu schweißen, wurde eine Anpressvorrichtung maßgefertigt, die beidseitiges Schweißen erlaubt. Zunächst wird der Gehäuseteil in die Spannvorrichtung gelegt. Der Abdeckungsteil wird auf dem Gehäuseteil positioniert, die Spannvorrichtung wird geschlossen und das Konturschweißen beginnt. Danach wird die Spannvorrichtung geöffnet, das geschweißte Teil wird umgedreht und in die nächste Spannvorrichtung gelegt. Wieder wird die Spannvorrichtung geschlossen und nochmals konturgeschweißt. Um sicherzustellen, dass alle Kanäle versiegelt sind, wird nach dem Schweißprozess eine Dichtigkeitsprüfung durchgeführt. Trotz manuellem Einlegen und Wenden beträgt die Zykluszeit insgesamt nur drei Minuten. Als Laserstrahl-Quelle dient ein Diodenlaser Novolas Workstation WS-AT, gekoppelt an eine Spot-Optik AT zum Konturschweißen.

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Über den Autor

Christophe von Arx ist Marketing Manager bei Leister Technologies, Kaegiswil, Schweiz. christophe.vonarx@leister.com