EP1098751B1

Method and device for welding thermoplastic synthetic materials using laser light

Abstract

According to the invention, the laser light (2) comprises a wavelength ranging from 1.6 to 2.4 mu m when welding thermoplastic synthetic materials using said laser light (2), whereby the laser light (2) is directed in a welding region of a work piece (7) or to a plurality of contiguous work pieces made of a synthetic material.

EP1098751B1, drawing sheet 1
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Expired 17 July 2019, 7.2 years ago.

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11 claims: 11 independent, 0 dependent

  1. 1
    Method of welding thermoplastic synthetic materials using laser light, the laser light being directed into a welding region of one work piece or of a plurality of contiguous work pieces made of thermoplastic synthetic material, characterized in that the laser light (2) has a wave length ranging from 1.8 to 2.2 µm, and in that the thermoplastic synthetic materials have an intrinsic absorption with an absorption length ranging from 1 to 10 mm at this wave length. Procédé de soudage de matières thermoplastiques à lumière laser, la lumière laser étant dirigée dans une zone de soudage d'une pièce ou de plusieurs pièces adjacentes les unes aux autres en matière thermoplastique, caractérisé en ce que la lumière (2) présente une longueur d'onde de 1,8 à 2,2 µm, et en ce que les matières thermoplastiques présentent, à cette longueur d'onde, une absorption intrinsèque avec une longueur d'absorption de 1 à 10 mm. Verfahren zum Schweißen von thermoplastischen Kunststoffen mit Laserlicht, wobei das Laserlicht in einen Schweißbereich eines Werkstücks oder mehrerer aneinander angrenzender Werkstücke aus thermoplastischem Kunststoff gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserlicht (2) eine Wellenlänge von 1,8 bis 2,2 µm aufweist, und daß die thermoplastischen Kunststoffe bei dieser Wellenlänge eine intrinsische Absorbtion mit einer Absorptionslänge von 1 bis 10 mm aufweisen.
  2. 2
    Method according to claim 1, characterized in that the thermoplastic synthetic material, of which the two work pieces (7, 8) are made, is transparent or translucent in the range of wave lengths of visible light. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière thermoplastique, dans laquelle sont formées les deux pièces (7, 8) est transparente ou translucide dans la gamme de longueurs d'onde de la lumière visible. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff, aus dem die beiden Werkstücke (7, 8) ausgebildet sind, im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts transparent oder transluzent ist.
  3. 3
    Method according to claim 1 or 2, characterized in that the laser light (2) is directed into the welding region by means of an optic (5) and/or a light guide (4). Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la lumière laser (2) est dirigée dans la zone de soudage au moyen d'une optique (5) et/ou d'un guide de lumière (4). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserlicht (2) mit einer Optik (5) und/oder einem Lichtleiter (4) in den Schweißbereich gerichtet wird.
  4. 4
    Method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that in the welding region a weld connecting the two work pieces (7, 8) and having a width ranging from 0.1 to 5 mm, particularly a width ranging from 0.7 to 2 mm, is formed. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que dans la zone de soudage est réalisé un cordon de soudure, d'une largeur de 0,1 à 5 mm, de préférence d'une largeur de 0,7 à 2 mm, qui relie les deux pièces (7, 8). Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schweißbereich eine die beiden Werkstücke (7, 8) verbindende Schweißnaht mit einer Breite von 0,1 bis 5 mm, vorzugsweise mit einer Breite von 0,7 bis 2 mm, ausgebildet wird.
  5. 5
    Method according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the two work pieces (7, 8) have a thickness ranging from 50 µm to 5 mm, particularly ranging from 0.2 to 2 mm. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les deux pièces (7, 8) présentent une épaisseur de 50 µm à 5 mm, en particulier de 0,2 à 2 mm. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Werkstücke (7, 8) eine Dicke von 50 µm bis 5 mm, insbesondere von 0,2 bis 2 mm, aufweisen.
  6. 6
    Method according to one of the claims 1 to 5, characterized in that during welding the work pieces (7, 8) are arranged between supporting elements (11, 12) within the region of the desired weld (9), at least one of the supporting elements letting the laser light (2) pass through. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les pièces (7, 8) sont disposées pendant le soudage dans la zone d'une liaison soudée (9) voulue entre des éléments de maintien (11, 12) dont un au moins laisse passer la lumière laser (2). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke (7, 8) beim Verschweißen im Bereich einer gewünschten Schweißverbindung (9) zwischen Halteelementen (11, 12) angeordnet werden, von denen mindestens eines das Laserlicht (2) hindurchtreten läßt.
  7. 7
    Method according to one of the claims 1 to 6, characterized in that by means of the light guide (4) the laser light (2) is directly guided onto the work piece or the work pieces (7, 8) made of thermoplastic synthetic material. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la lumière laser (2) est au moyen du guide de lumière (4) directement approchée de la ou des pièces (7, 8) en matière thermoplastique. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserlicht (2) mit dem Lichtleiter (4) direkt an das Werkstück bzw. die Werkstücke (7, 8) aus dem thermoplastischem Kunststoff herangeführt wird.
  8. 8
    Method according to one of the claims 1 to 7, characterized in that the laser light (2) is coupled into a plate-shaped light guide (4) and guided onto the work piece or the work pieces (7, 8) made of the thermoplastic synthetic material over a line-shaped welding region by means of said light guide (4). Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la lumière laser (2) est envoyée dans un guide de lumière (4) en forme de plaque et est approchée, au moyen du guide de lumière (4), par une zone de soudage en forme de ligne, de la ou des pièces (7, 8) en matière thermoplastique. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserlicht (2) in einen plattenförmigen Lichtleiter (4) eingekoppelt und mit dem Lichtleiter (4) über einen linienförmigen Schweißbereich an das Werkstück bzw. die Werkstücke (7, 8) aus dem thermoplastischen Kunststoff herangeführt wird.
  9. 9
    Device for welding thermoplastic synthetic materials using laser light according to one of the claims 1 to 8, the device comprising a laser as a light source for the laser light and an optic and/or a light guide for directing the laser light into a welding region of a work piece or of a plurality of contiguous work pieces made of thermoplastic synthetic material, characterized in that the laser (1) emits laser light (2) with a wave length ranging from 1.8 to 2.2 µm. Dispositif de soudage de matières thermoplastiques à lumière laser selon l'une des revendications 1 à 8, comportant un laser en tant que source de lumière pour la lumière laser et comportant une optique et/ou un guide de lumière pour diriger la lumière laser dans une zone de soudage d'une pièce ou de plusieurs pièces adjacentes les unes aux autres en matière thermoplastique, caractérisé en ce que le laser (1) émet la lumière laser (2) avec une longueur d'onde de 1,8 à 2,2 µm. Vorrichtung zum Schweißen von thermoplastischen Kunststoffen mit Laserlicht nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Laser als Lichtquelle für das Laserlicht und mit einer Optik und/oder einem Lichtleiter zum Richten des Laserlichts in einen Schweißbereich eines Werkstücks oder mehrerer aneinander angrenzender Werkstücke aus thermoplastischem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (1) das Laserlicht (2) mit einer Wellenlänge von 1,8 bis 2,2 µm abstrahlt.
  10. 10
    Device according to claim 9, characterized in that a supporting element (12) in form of a reflector (13) is provided at the Backside of the workpieces (7, 8) opposing the optic (5) or the light guide (4), the reflector reflecting the remainder of the laser light (2) passing through the work pieces (7, 8) back onto the work pieces (7, 8), whereby an uneven heating of the work pieces (7,8) over the welding region (19) caused by the progressing intrinsic absorption is at least partially compensated for. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que sur la face arrière des pièces (7, 8), opposée à l'optique (5) ou au guide de lumière (4), est prévu un élément de maintien (12) sous la forme d'un réflecteur (13) qui rétroréfléchit le reste de la lumière laser (2), parvenant à travers les pièces (7, 8), sur les pièces (7, 8), ce qui compense au moins en partie un échauffement irrégulier des pièces (7, 8) sur la zone de soudage (19), en raison de l'absorption intrinsèque progressive. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Optik (5) bzw. dem Lichtleiter (4) gegenüberliegenden Rückseite der Werkstücke (7, 8) ein Halteelement (12) in Form eines Reflektors (13) vorgesehen ist, der den durch die Werkstücke (7, 8) auftreffenden Rest des Laserlichts (2) auf die Werkstücke (7, 8) zurückreflektiert, wodurch eine ungleichmäßige Erwärmung der Werkstücke (7, 8) über den Schweißbereich (19) aufgrund der fortschreitenden intrinsischen Absorbtion zumindest teilweise kompensiert wird.
  11. 11
    Device according to claim 9 or 10, characterized in that the laser (1) is a, particularly diode-pumped, Tm:YAG-, Tm,Ho:YAG-, Tm:YLF- or Tm,Ho:YLF-laser or a diode laser (16). Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le laser (1) est en particulier un laser Tm:YAG à pompage par diode, un laser Tm, Ho:YAG, un laser Tm:YLF ou un laser Tm, Ho:YLF ou un laser à diode (16). Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (1) ein insbesondere diodengepumpter Tm:YAG-, ein Tm, Ho:YAG-, ein Tm:YLF- oder ein Tm, Ho:YLF-Laser oder ein Diodenlaser (16) ist.