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19.06.2025
Kommentar
Die Kunststofffügetechnik befindet sich im Wandel. Zwischen steigenden Anforderungen an Energieeffizienz, kürzeren Entwicklungszyklen und komplexeren Bauteilgeometrien wächst der Bedarf an präzisen, flexiblen Verfahren. Eine Technologie, die in diesem Spannungsfeld immer stärker an Bedeutung gewinnt, ist das laserstrahlbasierte Infrarotschweißen. Joining Plastics sprach mit Beatrice Maus, einer Expertin auf diesem Gebiet, über aktuelle Entwicklungen, Herausforderungen in der Praxis und die Zukunft dieser Technologie. Im Gespräch gab sie Einblicke in die Stärken, Herausforderungen und Potenziale dieser Technologie und erklärt, warum gerade jetzt die Zeit reif ist.
Frau Maus, wie sind Sie zum laserstrahlbasierten Infrarotschweißen gekommen? Was hat Sie an dieser Technologie besonders fasziniert?
Beatrice Maus: Das war ein längerer Weg. Schon vor vielen Jahren wurden erste Versuche mit laserstrahlbasierten Infrarotsystemen gemacht und diese auf Messen vorgestellt, etwa auf der K-Messe. Die Resonanz war durchweg positiv, aber in der Breite hat sich das Verfahren damals noch nicht durchgesetzt. In den letzten drei Jahren hat sich das Blatt jedoch gewendet: Der Bedarf nach flexiblen, wirtschaftlichen Schweißlösungen ist massiv gestiegen. Gleichzeitig sind die Lasersysteme günstiger, leistungsfähiger und präziser geworden. Ein Schlüsselerlebnis war für mich eine Studie mit einem großen Automobilhersteller: Dort wurden Kostenstruktur, Energieeffizienz und Investitionsbedarf bewertet – und das laserstrahlbasierte IR-Schweißen schnitt durchweg positiv ab. Für mich war das der Beweis: Diese Technologie hat das Potenzial zum Gamechanger.
Was unterscheidet das laserstrahlbasierte Infrarotschweißen aus Ihrer Sicht am deutlichsten von anderen Verfahren?
Das Verfahren kombiniert das Beste aus zwei Welten: die kontaktlose, schonende Erwärmung durch Infrarotstrahlung und die Präzision eines steuerbaren Laserstrahls. Klassische Röhren- oder Folienstrahler emittieren breit – sie heizen große Bereiche auf, oft auch ungewollt. Der Laser hingegen erlaubt punktgenaue Energieeinbringung. Ich kann genau festlegen, an welcher Stelle wie viel Energie aufgebracht wird – das bedeutet enorme Kontrolle. Zudem lässt sich die Energieverteilung softwareseitig an die Geometrie anpassen. Selbst bei komplexen Schweißgeometrien und T-Stößen funktioniert das sehr zuverlässig. Hinzu kommt: Ich kann Prozesse speichern und exakt reproduzieren – ein klarer Vorteil für internationale Produktionsstandorte.
Welche Bauteile oder Anwendungen eignen sich besonders gut für das Verfahren – und wo stößt es an Grenzen?
Das Verfahren eignet sich besonders für Bauteile, die hohe Anforderungen an Maßhaltigkeit, Festigkeit und Prozessstabilität stellen. Das betrifft zum Beispiel Elektronikgehäuse, Rückleuchten oder komplexe Funktionsbauteile (bspw. Wärmestauschersysteme). Auch in der Weißwarenindustrie sehe ich großes Potenzial. Grenzen gibt es vor allem bei sehr großen Schweißflächen oder extrem langen Schweißlinien. Hier kann die Investition in mehrere Lasersysteme notwendig werden, was sich auf die Kostenstruktur auswirkt. Auch Materialien mit schlechter Absorptionsfähigkeit – etwa naturbelassene Kunststoffe – sind nur bedingt geeignet. Aber insgesamt deckt das Verfahren schätzungsweise ca. 70 % aller typischen Infrarotschweißanwendungen ab.
Können Sie uns ein Beispiel nennen, bei dem die Vorteile besonders deutlich wurden?
Ein besonders anschauliches Beispiel ist ein Projekt, bei dem ein Bauteil mit sehr enger Schweißnaht, mehreren T-Stößen und empfindlicher Elektronik in unmittelbarer Nähe verarbeitet werden muss. Klassische IR-Systeme erzeugen zu viel thermische Streustrahlung. Der Laser hingegen konnte punktgenau gesteuert werden – die Energieeinbringung bleibt auf den Schweißsteg begrenzt, die Elektronik wird nicht beeinflusst. Gleichzeitig ist der Prozess reproduzierbar, stabil und die Inbetriebnahme erfolgt in kürzester Zeit. Auch bei der Erstellung von Prototypen bietet das Verfahren große Vorteile: In wenigen Tagen sind aufgrund des digitalen Infrarotstrahlers Erstmuster im Serienprozess möglich.
Wie lässt sich mit diesem Verfahren eine reproduzierbare Schweißqualität sicherstellen?
Der Laser bietet durch seine digitale Steuerbarkeit eine sehr hohe Prozesssicherheit. Die Energieverteilung lässt sich exakt festlegen, speichern und bei Bedarf einfach anpassen. Es gibt keine gegenseitige Beeinflussung mehrerer Heizquellen wie bei herkömmlichen Infrarotstrahlern. Zudem bleibt das Bauteil außerhalb des Schweißstegs kalt, eingeschlossene Spannungen werden nicht frei, der Bauteilverzug wird minimiert. Für die Prozesssicherheit entscheidend ist aber auch die richtige Bauteilgestaltung: Wenn Geometrie, Werkstoffwahl und Werkzeuge optimal auf das Verfahren abgestimmt sind, lassen sich selbst bei komplexen Geometrien reproduzierbare Ergebnisse erzielen.
Welche Rolle spielen Investitionskosten, Energieeffizienz und Nachhaltigkeit?
Die wirtschaftlichen Vorteile sind erheblich: Laserstrahlsysteme haben einen niedrigeren Energiebedarf – je nach Projekt, Material und Schweißgeometrie werden nachweislich bis zu 50 % der Energie eingespart. Da das laserstrahlbasierte IR-Schweißen auf einen digitalen IR-Strahler zurückgreift, können die Werkzeugkosten um bis zu 70 % reduziert werden. Änderungen im Bauteil lassen sich digital und ohne mechanischen Umbau umsetzen – das spart Zeit und Geld. Im Hinblick auf Nachhaltigkeit ist besonders der effiziente Energieeinsatz ein Pluspunkt. Zudem eignet sich das Verfahren hervorragend für kleine und mittlere Serien, wodurch sich auch kurzfristige Marktanforderungen wirtschaftlich abbilden lassen.
Welche technologischen Entwicklungen halten Sie für richtungsweisend?
Ich sehe für das laserstrahlbasierte IR-Schweißverfahren großes Potenzial. Die Scanner- und Laser-Systeme bieten immer mehr Applikationsmöglichkeiten. Die Ansteuerung und Einbindung der Systeme in eine Maschinensteuerung werden einfacher. Deshalb erwarte ich, dass schon in Kürze sehr viel mehr Schweißanlagenbauer diese Verfahren anbieten werden. Die prozesstechnischen Möglichkeiten sprechen sehr stark dafür – so kann ich mir gut vorstellen, dass zukünftig selbst einfache Heizelement-Schweißaufgaben damit abgedeckt werden. Es lassen sich auch unterschiedliche Laserstrahlsysteme kombinieren – damit lassen sich sowohl transparente als auch opake Materialien prozesssicher fügen. Aus meiner Sicht ist das laserstrahlbasierte IR-Schweißen das vielseitigste Verfahren. Diese Systeme stehen erst am Anfang der Entwicklung, die Prozesse sind skalierbar, präzise und effizient. Dieser Prozess wird aus meiner Sicht in Zukunft eine zentrale Rolle spielen.
Und welche Rolle spielt die Digitalisierung dabei?
Die Digitalisierung verändert die Prozesslandschaft. Heute erwarten Kunden, dass alle Schweißparameter zyklisch erfasst und gespeichert werden. Diese Daten bilden die Basis für Prozessoptimierungen, Rückverfolgbarkeit und Qualitätssicherung. Manche Unternehmen gehen schon weiter, analysieren die Daten automatisiert und leiten daraus eine Prozessoptimierung ab. Ein echter digitaler Zwilling ist im Kunststoffbereich allerdings schwieriger umzusetzen – das liegt an der Materialvariabilität und den fehlenden Normierungen. Dennoch: Die digitale Integration des Schweißprozesses ist nicht nur möglich, sie wird zunehmend zum Standard.
Wenn Sie auf die Fügetechnik von morgen blicken: Was raten Sie jungen Ingenieuren?
Neugier und Lernbereitschaft sind der Schlüssel. Die Fügetechnik ist ein unglaublich spannendes Feld – technisch herausfordernd, aber auch voller Chancen. Wer versteht, wie Materialien funktionieren, wie Bauteile gestaltet werden und wie Prozesse aufgebaut sind, wird gebraucht. Der interdisziplinäre Austausch ist wichtig. Man muss sowohl mit der Konstruktion als auch mit Fertigung sprechen können. Und nicht zuletzt: Man sollte bereit sein, bestehende Prozesse zu hinterfragen. Denn nur so entstehen Innovationen.
Vielen Dank für das Gespräch.
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