Laserschweißen von Mikrofluidik-Bauteilen

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SPECIAL
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MIKROLASERBEARBEITUNG
Laserschweißen von
Mikrofluidik-Bauteilen
Für das Mikroschweißen und -schneiden von Kunststoffbauteilen für
mikrofluidische Systeme existieren ausgereifte Systeme, die mittels
BILDVERARBEITUNG eine Maßgenauigkeit von 10 µm erreichen.
den, Kunststoffschweißen sowie Präzisionsabtragen. Mit dem zusätzlichen
Angebot einer Bauteile- und Datenlogistik können die Maschinen an die jeweiligen Kundenwünsche angepasst werden. Im Falle von ThinXXS wurde der
RayCutter für das Schneiden und
Schweißen von Bauteilen mit zwei
Laserquellen ausgestattet. Zudem wurden eine Pick-and-Place-Einheit, eine
Dosiereinheit zur Teilemontage sowie
eine Vermessungskamera zur Schweißbahnkontrolle installiert. ThinXXS kann
mithilfe dieser Erweiterungen hochpräzise Schweißungen in der Verbindungstechnik reproduzierbar durchführen
sowie Fertigungsprozesse für Anwendungen in der Diagnostik und Analytik
schnell und sicher vorbereiten und für
die spätere Serienfertigung anpassen.
Im Laufe der Jahre spezialisierte sich
das Unternehmen auf den Mikrospritzguss und die Mikromontage für die
medizinische und chemische Analyse.
Die hohe Positionsauflösung des RayCutter (< 1 µm) und die Dynamik im
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as Unternehmen ThinXXS Microtechnology
aus Zweibrücken arbeitet seit 2001 mit
Laserpluss bei der Entwicklung und Produktion von Laserbearbeitungsanlagen zusammen.
ThinXXS hatte als Lieferant von mikrotechnischen
Systemen schon frühzeitig einen Prozess für das
Laserschweißen entwickelt und war auf der Suche
nach einem industriellen Partner, mit dem vorhandene Maschinen auf die Kundenspezifikationen
angepasst werden konnten (Bild 1). Laserpluss
erfüllte diese Voraussetzungen mit der Laser-Präzisionsbearbeitungsanlage der Serie ›RayCutter‹, die
sich beim Mikroschweißen und -schneiden besonders bewährt hat. Laserpluss baut Laserbearbeitungsanlagen für das Beschriften, Gravieren, Schnei-
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HERSTELLER
LASERPLUSS AG
55743 Kirschweiler
Tel. +49 6781 986640
Fax +49 6781 986649
www.laserplussag.de
ANWENDER
thinXXS Microtechnology AG
66482 Zweibrücken
Tel. +49 6332 8002-0
Fax +49 6332 8002-22
www.thinxxs.com
© MIKROvent, Rudelzhausen
Bilder: Laserpluss
Bild 1. Anwendungsbeispiel
für das Laserschweißen: eine
folienbasierte
Perestaltikpumpe,
die mithilfe des
Laserschweißens
montiert wird
MIKROPRODUKTION 03/13
MIKROLASERBEARBEITUNG
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Bild 2. Laserbearbeitungsanlage ›RayCutter‹
mit einer Positionsauflösung kleiner 1 µm im
3D-Bereich
Mikrosekundenbereich sorgen zusammen mit der geschwindigkeitssynchronen Lasersteuerung für
überzeugende Qualität und konstante Ergebnisse (Bild 2). Durch den
Einsatz des RayCutters konnten
bereits viele Pilotprojekte erfolgreich in Serie überführt werden.
2008 gab ThinXXS eine zweite
Laseranlage in Auftrag, um den
gewachsenen Anforderungen an
die Produktionskapazitäten gerecht
zu werden. Diese Maschine der
Serie ›RayMarker‹ sollte an die
Spezifikationen der Reinraumumgebung angepasst sein und wurde
für eine kontrollierbare Sauberkeit
mit einem Gehäuse aus Edelstahl
ausgestattet (Bild 3). Um die Kundenanforderungen, die an ThinXXS
gestellt wurden, erfüllen zu können,
wurden weitere Optionen ergänzt,
beispielsweise eine Absaugeinheit
für Partikel und Dämpfe, eine Anpassung der Steuerung, eine optische Präzisionsvermessung sowie
ein Datentracking.
Mikroschweißen
mit Bildverarbeitung
Entscheidend beim Mikroschweißen ist die genaue Steuerung des
Lasers hinsichtlich seiner Leistung
und Position. Eine ebenso große
Bedeutung hat die hochauflösende
Bildverarbeitung zur Kompensation
von Lage- und Formabweichungen
der Bauteile. Ein Bauteil mit einer
Größe von 50 mm hat beispielsweise eine Formtoleranz (durch Temperaturen, Wasseraufnahme) von
0,5 Prozent, was einer SchwanMIKROPRODUKTION 03/13
ERGÄNZENDE PRÄZISION
Zwei Maschinen, die für sich genommen schon
durch höchste Präzision glänzen, erreichen im
Zusammenspiel Ergebnisse maximaler Güte.
In der Werzeugfertigung mit den
Stoffen PKD und CBN liefern
der RayCutter® und der PreCutter
von LASERPLUSS Ergebnisse
mit µm-Genauigkeiten.
Hochharte Werkstoffe können
mit dem PreCutter in 5 Achsen
fein geschnitten und mit dem
RayCutter® mit 3D-Präzisionsabtrag bearbeitet werden.
Mikrozahnrad, Ø 0,7 mm, CVD-Diamant
Vermessung nach der Bearbeitung
Werkzeugeinsatz mit PKD-Schneide
LASERPLUSS AGàMühlwiesenstraße 10aàD-55743 Kirschweiler
Telefon +49 (0) 67 81 - 98 66 40àTelefax +49 (0) 67 81 - 98 66 49
[email protected]àwww.laserplussag.de
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MIKROLASERBEARBEITUNG
Bild 3. Reinraumgerechte
Laserbearbeitungsanlage
›RayMarker‹ mit Edelstahlgehäuse
Schweißnaht mit einer Breite von weniger als 0,2 mm.
Mikroschweißnähte
von weniger als 0,2 mm
kung in der Abmessung von 250 µm entspricht. Die
Genauigkeit der Schweißbahn sollte aber mindestens 25 µm relativ zu den Kanalstrukturen betragen.
Hier kommt die Software und Bildverarbeitung von
Laserpluss ins Spiel, mit der auf einem RayMarker
auf einer Fläche von 100 ✕ 100 mm2 eine Maßgenauigkeit von 10 µm erreicht werden kann. Dies entspricht einer Auflösung von einem Zehntausendstel
des Arbeitsbereichs. Als besondere Vorteile der
Laserbearbeitung beurteilt ThinXXS die hohe Präzision, die punktuelle Verbindung, den geringen Wärmeeintrag sowie die hohe Festigkeit der Verbindungen.
Zudem entfallen Klebemittel oder Zusatzstoffe.
Ein Anwendungsbeispiel für das Laserschweißen ist eine neuartige folienbasierte Perestaltikpumpe, die mittels Laserschweißen montiert wird
(Bild 1). Dabei entsteht bei nur geringer Wärmeeinbringung eine sehr dünne und gleichmäßige
Zwischen den aufgebrachten Folien entsteht mithilfe von Druck ein Transportkanal, durch den die Flüssigkeit transportiert und gesteuert wird. Zudem wird
durch das zusatzstofffreie Lasern sichergestellt, dass die zu transportierenden Flüssigkeiten
nicht durch Restpartikel aus der Herstellung verunreinigt werden. Die Pumpe wird im Bereich Life-Sciences
zum Beispiel in der Kultivierung und Analyse von Zellen angewendet. »Wir haben die komplette Technologie im Hause und können unsere Marktposition weiter
ausbauen, denn wir können jetzt noch flexibler reagieren und die erforderlichen Mengen produzieren«, so
Volker Nickel, Leiter Mikromontage bei ThinXXS.
Auch in der Mikrobearbeitung wird der RayCutter
wegen seiner hohen Genauigkeit und Stabilität eingesetzt. Hier existiert ein breites Anwendungsfeld
für diamantbestückte Werkzeuge. So können Werkzeugschneiden mit minimalen Kantenverrundungen
von weniger als 1 µm und höchster Genauigkeit hergestellt werden (Bild 4). Mit herkömmlichen Verfahren wie Schleifen oder Erodieren ist dies nicht möglich. Neben Bohr-, Fräs- und Drehwerkzeugen mit
PKD-Bestückung werden auch Mikrofräser aus MKD-Diamant für die
Mikrofrästechnik hergestellt. Solche
Fräser kommen auch bei ThinXXS
zum Einsatz. ■
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Bild 4. PKD geschliffen (links) und
laserbearbeitet (rechts); 2000-fache
Vergrößerung der Kantenansicht
© MIKROvent, Rudelzhausen
MIKROPRODUKTION 03/13
Bilder: Laserpluss
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