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Nanosekundenschweißen: Präzision mit Tempo

Mit gepulstem Laserlicht schweißen Sie ultradünne Blech- und Folienwerkstoffe sowie unterschiedlichste Metallkombinationen präzise, schnell und zuverlässig. Erfahren Sie mehr!

Hochpräzise Verbindungen für komplexe Bauteile

In der industriellen Fertigung stehen Hersteller vor der Herausforderung, die effizientesten und präzisesten Methoden für das Schweißen und Fügen von Materialien auszuwählen. Im Streben nach höherer Präzision und neuen technologischen Möglichkeiten hat TRUMPF eine neue, patentierte Schweißtechnologie entwickelt – das sogenannte Nanosekundenschweißen.

Es ist ein Laserschweißverfahren, bei dem Laserlichtimpulse lediglich einige Nanosekunden (Milliardstel Sekunden) lang hochpräzise auf die zu verbindende Stelle einwirken. Dabei schmilzt nur eine sehr kleine Materialmenge unter minimaler Wärmeeinbringung. So lassen sich Verzug und Verformung vermeiden. Mit einem Nanosekundenlaser können somit eine Vielzahl von Metallen geschweißt werden. Das Verfahren eignet sich besonders, um ungleiche Metalle zuverlässig miteinander zu verschweißen.

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Welche Vorteile hat Nanosekundenschweißen?

Das Nanosekundenschweißen hat sich in vielen Industriezweigen als äußerst vorteilhaft erwiesen. Hier sind einige der Hauptgründe, warum es so beliebt ist:

Präzise Steuerung

Mit Pulsen eines Nanosekundenlasers, wie etwa einem gepulsten Faserlaser, können äußerst präzise Schweißverbindungen hergestellt werden, selbst bei mikrogeschweißten Bauteilen.

Geringe Wärmeeinwirkung und minimale Schmelzbildung

Die sehr kurzen Laserpulse erzeugen eine niedrige Schweißtemperatur und senken das Risiko von Verzug und Rissen. Durch die minimale Wärmeeinbringung sinkt die Wahrscheinlichkeit von intermetallischen Phasen beim Verschweißen ungleicher Metalle.
Vielseitigkeit in Materialauswahl und Geometrie

Das Verfahren eignet sich für eine Vielzahl von Metallen, insbesondere für das Fügen unterschiedlicher Metallkombinationen, die mit herkömmlichen Schweißverfahren als nicht schweißbar gelten. Dabei lassen sich die Laserimpulse flexibel anordnen und steuern, sodass vielseitige Geometrien möglich sind. 

Effizienz und Wiederholgenauigkeit

Der geringe Energieaufwand und der minimale Schmelzanteil ermöglichen eine effiziente Fügung und Bearbeitung.

Was ist Nanosekundenschweißen und wie funktioniert es?

Die Nanosekundentechnologie basiert auf sehr kurzen Laserimpulsen mit Pulsdauern im Nanosekundenbereich. Ein einzelner Laserimpuls dringt dabei nur wenige Mikrometer in das Material ein, weshalb mehrere Pulse mit hohen Wiederholfrequenzen erforderlich sind, die sich effektiv in das Material bohren, lokal Wärme erzeugen und schließlich einen Mikro-Tiefschweißeffekt schaffen.

Dabei bildet sich nur wenig Schmelze, was dafür sorgt, dass sich die verschweißten Werkstoffe nur minimal vermischen. Vielmehr werden sie ineinandergeschoben und bilden eine starke mechanische Verbindung. Dies ist besonders wichtig für das Schweißen unterschiedlicher Materialien, die sich normalerweise nur schwer fügen lassen. Pulsform und Pulsfrequenz können die Eindringtiefe und die Größe des Schmelzbades steuern. So sind große Schweißtiefen bei kleinem Durchmesser möglich. 

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Wofür eignet sich Nanosekundenschweißen?

Materialien

Nanosekundenschweißen eignet sich für eine Vielzahl von Metallen. Es ist auch möglich, ungleiche Metallkombinationen zu fügen, die mit konventionellen Schweißverfahren als unschweißbar gelten. Dies macht das Verfahren ideal für Anwendungen in verschiedenen Industriezweigen, von der Elektronikherstellung bis zur Medizintechnik.

Metalle

  • Stahl (einschließlich Kohlenstoffstahl, Edelstahl und legierter Stahl)
  • Aluminium
  • Kupfer
  • Messing
  • Titan
  • Nickel und Nickellegierungen
  • Zink

Empfindliche Materialien oder Komponenten

  • Folien
  • Batterien
 Materialstärke

Beim Nanosekundenschweißen liegt die Materialstärke der verwendeten Werkstoffe typischerweise zwischen 0,05 bis 1 mm. Mit höheren Laserleistungen und je nach Material sind auch größere Materialstärken möglich.

 Schweißnaht-Anforderungen

Beim Nanosekundenschweißen kommt eine scannergesteuerte Laserstrahlführung zum Einsatz, die für größtmögliche Flexibilität beim Fügen sorgt. Überwiegend werden Überlapp-Verbindungen geschweißt. In Abhängigkeit des gewählten Scanners lassen sich unterschiedliche Schweißnahtgeometrien realisieren.

Anwendungsbereiche für Nanosekundenschweißen

Elektrische Kontaktierungen in der Elektronikindustrie

Ein wichtiger Anwendungsbereich für das Nanosekunden-Schweißen ist das Zusammenfügen von Standardbatteriezellen zu größeren Paketen für alle Arten von Elektrowerkzeugen, Staubsaugern, E-Bikes und E-Fahrzeugen. Ebenso werden Kontaktierungen für flexible Leiterplatten wie Steckerverbindungen in der Consumer Electronics Branche produziert.
Intermetallische Fügungen in der Batteriefertigung für die Automobilindustrie

In der Automobilindustrie spielt Nanosekundenschweißen eine wichtige Rolle bei intermetallischen Fügungen, beispielsweise in der Batteriefertigung. Dort dienen extrem dünne Kupfer- und Aluminiumfolien (ca. 6-14 µm dick) als Elektrodenfolien. Sie fungieren als Trägerfolien für das Aktivmaterial sowohl in der Anode als auch in der Kathode. Diese Folien werden miteinander verschweißt, indem sie in Stapeln oder als Wickel angeordnet werden, typischerweise mit 30 bis 60 Lagen für jede Anode und jede Kathode. Unsere Laser ermöglichen einen einseitigen Zugang zum Arbeitsmaterial, was die Bearbeitung erleichtert.

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Nanosekundenschweißen in Aktion

Mike Poulter, unser Experte fürs Nanosekundenschweißen, erklärt die Vorteile und Potenziale dieser Technologie.

Wir haben die passenden Laser und Lasersysteme zum Nanosekundenschweißen

TruPulse nano

Die TruPulse nano Reihe bietet Optionen für Produktivität und Qualität. Mit einer Durchschnittsleistung von nur 70 W können viele Schweißaufgaben im Dünnblechbereich erledigt werden. TruPulse nano Laser sind Integrationsmodule und werden daher in der Regel mit Scanneroptiken und der zugehörigen Steuerhardware und -software verwendet.

TruMark 5000

Die faserlaserbasierte TruMark Serie 5000 überzeugt mit ihrer optimalen Kombination aus hoher Leistung, hohen Pulsfrequenzen und variabel einstellbarer Pulsdauer. Die TruMark Serie trägt im Kern einen TruPulse nano Laser, der die gesamten Applikationsprozesse inklusive des Nanosekundenschweißens adressieren kann.

TruMark 7050

Mehr Leistung, mehr Geschwindigkeit, mehr Flexibilität und mehr Anwendbarkeit. Der TruMark 7050 wurde als Multifunktionswerkzeug konzipiert und ist eine schlüsselfertige Lösung, welche einfach zu bedienen und zu integrieren ist.

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