Saldatura laser plastica – metallo

Prerequisito fondamentale per una struttura leggera è la capacità di creare legami saldi e permanenti tra superfici metalliche e plastiche. In realtà, esiste già una tecnologia laser in grado di fornire questi risultati, in particolare sui compositi fibrorinforzati utilizzati nei settori automotive e aerospaziale.
Questa tecnologia prevede innanzitutto la creazione di una struttura, mediante laser, sulla superficie metallica, che viene successivamente unita alla superficie plastica riscaldata. In passato, la strutturazione laser veniva eseguita con un processo di scansione che produceva una serie di linee sulla superficie metallica.
Nell’ambito del progetto HyBriLight, finanziato dal ministero tedesco per l’educazione e la ricerca (BMBF), gli specialisti dell’Istituto Fraunhofer ILT hanno elaborato un nuovo processo di strutturazione che si avvale di un laser a impulsi ultracorti (USP) per creare sul metallo una serie di protrusioni coniche (CLP). Queste sporgenze, distribuite in maniera casuale, incrementano l’area superficiale di 5-10 volte.
Di conseguenza, il legame ottenuto non solo risulta più resistente, ma anche equivalente in tutte le direzioni, dal momento che, al contrario di quanto accadeva con le linee generate per scansione, la superficie acquisisce una struttura isotropa. Il processo è stato testato in laboratorio, e si è rivelato valido anche per lo stampaggio a iniezione con inserti metallici. La tecnologia è stata presentata anche a K 2016 con l’ausilio di un provino dimostrativo di grandi dimensioni.

Saldatura laser per trasmissione senza additivi assorbenti
Nella saldatura laser dei materiali termoplastici, uno dei componenti è generalmente trasparente, mentre al secondo viene aggiunto un materiale assorbente, in modo tale da consentirgli di assorbire meglio la radiazione laser. Il raggio attraversa quindi il primo componente e fonde il secondo, saldando insieme i due elementi.
L’impiego di un laser a onde lunghe consente di eliminare l’additivo. In questo caso, entrambi i componenti assorbono la radiazione, e occorre pertanto prestare attenzione al fine di garantire una fusione selettiva e, al contempo, ridurre al minimo le dimensioni dell’area riscaldata (HAZ). L’Istituto Fraunhofer ILT ha sviluppato il processo necessario a tale scopo, che prevede la concentrazione rapida (>1 m/s) e ripetuta del raggio laser lungo la linea di saldatura, mentre contemporaneamente il calore viene dissipato sopra e sotto gli elementi che vengono uniti. 
Questo metodo promette sviluppi interessanti, in particolare, nel comparto delle tecnologie medicali, in cui gli additivi potrebbero compromettere la biocompatibilità di un prodotto. Tuttavia, questa tecnologia si presta anche ad altre applicazioni che non ammettono l’uso di additivi per motivi estetici, economici o funzionali.

Saldatura sicura e delicata di film multistrato
Un laser di questo tipo può essere utilizzato anche per applicare film multistrato su supporti esterni. Questo processo si dimostra utile, ad esempio, nella lavorazione delle batterie al litio o dei display a OLED, che contengono materiali estremamente sensibili a ossigeno e vapore acqueo. Per questo motivo, questi componenti vengono incapsulati in speciali film multistrato a elevato effetto barriera.
Generalmente, il film viene applicato per adesione o termosaldato lungo il perimetro dei componenti da proteggere, creando una sorta di tasca atta a contenere, ad esempio, i LED organici flessibili. Ora, grazie a uno speciale laser, è possibile fondere in maniera selettiva un solo strato del film, in modo da rendere il processo di saldatura in sede di produzione ancora più delicato sull’oggetto che viene avvolto.
Oltre a prestarsi a impieghi nel settore elettronico, questa tecnologia può offrire risvolti interessanti anche nel comparto del packaging medicale, soggetto a requisiti ben più rigidi. Elaborato nell’ambito di un progetto di ricerca, questo metodo è attualmente ancora in fase di perfezionamento; tra le future applicazioni previste figurano l’incapsulamento di celle solari flessibili e l’impiego in lavorazioni “roll-to-roll”.
Presso lo stand dell’Istituto Fraunhofer a K 2016 erano presenti diversi esperti dell’ILT specializzati nello sviluppo di nuove tecnologie e processi laser.