Beitrag lesen - Wolf Produktionssysteme GmbH
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PRODUKTIONSSYSTEME Russek Nr. ERW 185 A Vortrag Technologieseminar 2008 Anwendererfahrungen im Kunststoffschweißen mit konkreten Fallbeispielen Dr. Ulrich A. Russek Huf Tools GmbH, Velbert Huf Hülsbeck & Fürst Technologie Seminar 2008 – Kunststoffschweißen und Beschriften mit Laser Huf Tools Anwendererfahrungen im Kunststoffschweißen mit konkreten Fallbeispielen Freudenstadt, 24.09.2008, Dr. U.A. Russek Anwendererfahrung beim Kunststoffschweißen mit konkreten Fallbeispielen • Process / Methods • Process Stability Process Control Quality Assessment • Industrial Application 1 • Industrial Application 2 Stability of Material and Optical Properties Clamping Technique Data Management • Summary 1 / 20 Huf Hülsbeck & Fürst Huf Tools Technologie Seminar 2008 – Kunststoffschweißen und Beschriften mit Laser Anwendererfahrungen im Kunststoffschweißen mit konkreten Fallbeispielen Freudenstadt, 24.09.2008, Dr. U.A. Russek 2 / 20 Seite 1 Huf Hülsbeck & Fürst Technologie Seminar 2008 – Kunststoffschweißen und Beschriften mit Laser Huf Tools Anwendererfahrungen im Kunststoffschweißen mit konkreten Fallbeispielen Freudenstadt, 24.09.2008, Dr. U.A. Russek Process / Methods Process • Laser Penetration / Transmission Welding Methods • Contour, Mask, Quasi-Simultaneous, Simultaneous Globo Welding, Hybrid Welding Process Conditions • Polymer Compatibility, Optical Properties, Thermal Contact Process Advantages • Hidden Weld Seams (Design Options, TP / TPE) • Precise Contactless Energy Input • No Thermal, Mechanical Load • No Particle Generation, No Pollution f Process Hurdles • Necessity of Different Optical Properties • Necessity of Small Shape Tolerances Outlook / Potentials • Extension All Part Colours • Increasing Process Stability, Part Size Laser Transmission Welding of Polymers 3 / 20 Huf Hülsbeck & Fürst Huf Tools Technologie Seminar 2008 – Kunststoffschweißen und Beschriften mit Laser Anwendererfahrungen im Kunststoffschweißen mit konkreten Fallbeispielen Freudenstadt, 24.09.2008, Dr. U.A. Russek Process Stability, Process Control, Quality Assessment – ” Birds Eye View ” Process Stability ∝ Constancy / Reproducibility of Process Technical Requirements / Quality Along Entire Production Chain ⇔ Early and Continuous Over-All Consideration Pre-Process • Material • Joining Parts • Pre-Assembly • Parameter Inspection Constant Laser Process Conditions Optical Properties, . . . Design, Manufacturing, . . . Reproducibility, Handling, . . . Components, Machine, Laser, . . . In-Process • Motion System • Clamping Device • Process Monitoring • Data Acquisition Constant Laser Processing Exact, Reproducible Movement, . . . Homogeneity, Residual Gaps, . . . Pyrometry, Melt Way, . . . Post-Process • Quality Assessment • Data Analysis Data Evaluation, Traceability Photometry, Pressure Test, . . . Optical Penetration Depth a.c. Gap Bridging Capability Interaction Marks a.c. a.c. 4 / 20 Seite 2 Huf Hülsbeck & Fürst Technologie Seminar 2008 – Kunststoffschweißen und Beschriften mit Laser Huf Tools Anwendererfahrungen im Kunststoffschweißen mit konkreten Fallbeispielen Freudenstadt, 24.09.2008, Dr. U.A. Russek Process Control, Quality Assessment – Pyrometry / Photometry – ” μ-View ” Pyrometry - Process Monitoring - Contour Welding - Heat Radiation Option - Closed Feedback Loop (Power Control) - Process Stability Photometry - Quality Assessment - Contour, QS-Welding - Reflected Laser Radiation Option - Seam Interruption - Seam Contraction - Decomposition Pyrometry ⇔ AUXILIARY TOOLS ⇔ Photometry 5 / 20 Huf Hülsbeck & Fürst Technologie Seminar 2008 – Kunststoffschweißen und Beschriften mit Laser Huf Tools Anwendererfahrungen im Kunststoffschweißen mit konkreten Fallbeispielen Freudenstadt, 24.09.2008, Dr. U.A. Russek Process Control, Quality Assessment – Modular System GOAL • Modular Solution / Strategies for - Monitoring Process - Controlling Process - Assessing Quality Concept • Classes of Defects and Strategies - Correspondence Defect / Signal / Strategy - Integral Measurement (IM) - Spatially Resolved Measurement (SRM) • Modular Working Head - Optics, Filters - Illumination (coaxial, side) - Detectors Stiftung Industrieforschung „ProTest“ Huf Tools 6 / 20 Seite 3 Huf Hülsbeck & Fürst Technologie Seminar 2008 – Kunststoffschweißen und Beschriften mit Laser Huf Tools Anwendererfahrungen im Kunststoffschweißen mit konkreten Fallbeispielen Freudenstadt, 24.09.2008, Dr. U.A. Russek Process Control, Quality Assessment Employment Capability • Modular Processing Head • Illumination / Reaction Strategies • IM: SRM: integral measurement spatial resolution measurement - Laser Power - Pyrometry - Photometry - Camera Here: showing 3 movies Stiftung Industrieforschung „ProTest“ Huf Tools 7 / 20 Huf Hülsbeck & Fürst Technologie Seminar 2008 – Kunststoffschweißen und Beschriften mit Laser Huf Tools Anwendererfahrungen im Kunststoffschweißen mit konkreten Fallbeispielen Freudenstadt, 24.09.2008, Dr. U.A. Russek Process Control, Quality Assessment PA / PA, 1 / 1 mm, Different Process Parameters, 100 Hz Good Bonding Decomposition Decomposition Stiftung Industrieforschung „ProTest“ Huf Tools 8 / 20 Seite 4 Huf Hülsbeck & Fürst Technologie Seminar 2008 – Kunststoffschweißen und Beschriften mit Laser Huf Tools Anwendererfahrungen im Kunststoffschweißen mit konkreten Fallbeispielen Freudenstadt, 24.09.2008, Dr. U.A. Russek Process Control, Quality Assessment PC / PC, 2 / 2 mm, 21,5 W, 2 m/min, 365 Hz “Zero-Gap” 50 μm Gap 100 μm Gap Stiftung Industrieforschung „ProTest“ Huf Tools 9 / 20 Huf Hülsbeck & Fürst Technologie Seminar 2008 – Kunststoffschweißen und Beschriften mit Laser Huf Tools Anwendererfahrungen im Kunststoffschweißen mit konkreten Fallbeispielen Freudenstadt, 24.09.2008, Dr. U.A. Russek Process Control, Quality Assessment – Photometry Results a. u. a. u. • Seam Interruption • Seam Contraction • Decomposition Limiting Factors • Product Demands - Tight - Strength - Appearance • Optical Properties - Transmission - Scattering • Local Resolution - Spot Size - Sensitivity • Method, Performance of Production Time / Place Pre-Scan Post-Scan Difference Limits 10 / 20 Seite 5 Huf Hülsbeck & Fürst Technologie Seminar 2008 – Kunststoffschweißen und Beschriften mit Laser Huf Tools Anwendererfahrungen im Kunststoffschweißen mit konkreten Fallbeispielen Freudenstadt, 24.09.2008, Dr. U.A. Russek Industrial Application 1 Method Contour Welding Product Soft Touch Opener Laser Source Diode (60 W, 940 nm) Joint Seam Length Hard-Soft 330 mm Cycle Time 10 s Process Monitor Laser Power Quality Assess Photometry Here: showing a movie of the industrial plant 11 / 20 Huf Hülsbeck & Fürst Huf Tools Technologie Seminar 2008 – Kunststoffschweißen und Beschriften mit Laser Anwendererfahrungen im Kunststoffschweißen mit konkreten Fallbeispielen Freudenstadt, 24.09.2008, Dr. U.A. Russek Industrial Application 2 - History / Task Definition 1. Generation (BMW) - Soft–Hard–Combination - Joining of the Emblem 2. Generation (BMW) - Design-Update - Soft–Hard–Combination - Laser Joining of the Emblem 3. Generation (BMW) - Design Update Chrome-Plated Buttons - Soft–Hard–Combination - 8 Laser Joints 12 / 20 Seite 6 Huf Hülsbeck & Fürst Technologie Seminar 2008 – Kunststoffschweißen und Beschriften mit Laser Huf Tools Anwendererfahrungen im Kunststoffschweißen mit konkreten Fallbeispielen Freudenstadt, 24.09.2008, Dr. U.A. Russek Industrial Application 2 - Task Definition – Demands, Setup 3. Generation (BMW) - Design Update Chrome-Plated Buttons - Soft–Hard–Combination Hard Parts Laser Absorbing TPE-A (PEBAX3533) PA12 GF30 Button Clamp Chrome Plated Button Emblem Collar Chrome Plated Button Soft Part Laser Transparent Button Clamp 13 / 20 Huf Hülsbeck & Fürst Technologie Seminar 2008 – Kunststoffschweißen und Beschriften mit Laser Huf Tools Anwendererfahrungen im Kunststoffschweißen mit konkreten Fallbeispielen Freudenstadt, 24.09.2008, Dr. U.A. Russek Industrial Application 2 - Approach – Decision-Matrix Security Cycle Invest Realisation Environment Lessons Learned Clipping -- + + -- + + Gluing -- -- + + -- -- Ultrasonic + + + -- + + Laser Welding + + -- + + + Technology Clipping Insufficient Guaranty of Clipping Function Gluing Insufficient Process Stability No Quality Assessment Cyan-Acrylat Solvent Evaporation on Electronics Glue Hardening Time, Temperature Embrittlement, Costs 14 / 20 Seite 7 Huf Hülsbeck & Fürst Technologie Seminar 2008 – Kunststoffschweißen und Beschriften mit Laser Huf Tools Anwendererfahrungen im Kunststoffschweißen mit konkreten Fallbeispielen Freudenstadt, 24.09.2008, Dr. U.A. Russek Industrial Application 2 - Solution – Laser Transmission Welding of Plastics Button Clamp Collar Emblem (Function Button) Function Button (unconnected) Process Laser Transmission Welding Joint 8 x Soft-Hard Material TPE-A / PA12 GF30 Laser Diode (2 x 806 nm, á 60 W) Concept Closed Production Loop, 2 Welding Steps in Succession 4 Half Shelfs / Carrier, 17 Shifts / Week Monitoring Emblem (Vision System) Laser Power (Photo Diode) Quality (Photometry) Hurdles Manifold Cavities Material / Optical Properties Stability - Process Stability - Small Residual Gaps - No Interaction Marks Pre Mounting Clamping Technique Process and Quality Control Data Management Button Clamp Function Button (unconnected) 15 / 20 Huf Hülsbeck & Fürst Huf Tools Technologie Seminar 2008 – Kunststoffschweißen und Beschriften mit Laser Anwendererfahrungen im Kunststoffschweißen mit konkreten Fallbeispielen Freudenstadt, 24.09.2008, Dr. U.A. Russek Industrial Application 2 - Material / Optical Fluctuations Optical Penetration Depth - Process In-Stability - Residual Gaps - Interaction Marks - Melt Discharge a.c. Gap Bridging Capability a.c. Interaction Marks a.c. 16 / 20 Seite 8 Huf Hülsbeck & Fürst Huf Tools Technologie Seminar 2008 – Kunststoffschweißen und Beschriften mit Laser Anwendererfahrungen im Kunststoffschweißen mit konkreten Fallbeispielen Freudenstadt, 24.09.2008, Dr. U.A. Russek Industrial Application 2 - Clamping Technique • Parts Positioning • Homogeneous Pressure • Minimising Residual Gaps • Avoiding Inherent Tensions • No Damage of Optical Appearance 17 / 20 Huf Hülsbeck & Fürst Huf Tools Technologie Seminar 2008 – Kunststoffschweißen und Beschriften mit Laser Anwendererfahrungen im Kunststoffschweißen mit konkreten Fallbeispielen Freudenstadt, 24.09.2008, Dr. U.A. Russek Industrial Application 2 - Data Management (Statistics, Traceability) S2-E2 S2-E1 S1-R3 S1-R2 S1-R1 S1-T2 S1-T1 0 25 50 75 100 125 150 175 200 100 80 60 40 20 0 WT WT WT WT WT WT WT WT WT WT WT WT WT WT WT WT 10 2 8 1 7 13 3 9 6 11 4 16 5 12 14 15 18 / 20 Seite 9 Huf Hülsbeck & Fürst Huf Tools Technologie Seminar 2008 – Kunststoffschweißen und Beschriften mit Laser Anwendererfahrungen im Kunststoffschweißen mit konkreten Fallbeispielen Freudenstadt, 24.09.2008, Dr. U.A. Russek Industrial Application 2 Here: showing a movie of the industrial plant 19 / 20 Huf Hülsbeck & Fürst Huf Tools Technologie Seminar 2008 – Kunststoffschweißen und Beschriften mit Laser Anwendererfahrungen im Kunststoffschweißen mit konkreten Fallbeispielen Freudenstadt, 24.09.2008, Dr. U.A. Russek Summary Overall Goals • Increase: Quality, Process Stability, Design Opportunities • Decrease: Costs, Cycle Times, Processing Steps. Enhance Process Stability • Over-all-Consideration - Pre-Process: Product / Process Demands, . . . - In-Process: Handling, Clamping, Parameter Monitoring, . . . - Post-Process: Quality Assessment, Data Management, . . . • Auxiliary Tools - Correspondence: Measurement Signal / Failure, Defect / Strategy - Process Monitoring / Controlling (Pyrometry) - Quality Assessment (Photometry, CMOS) Roadmap • Early and Continuous Over-All Consideration 20 / 20 Seite 10