SCWTEX – Laserschneiden und -schweißen von Textilien

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Verfahrens, welches den Zuschnitt und das Verschweißen eines technischen Textils auf Basis thermoplastischer Chemiefasern mit Hilfe der Hochleistungslasertechnik vereint.

Die durch das Schweißen hergestellten Nähte sind absolut dicht gegenüber Flüssigkeiten. Diese Eigenschaft wird bei zahlreichen textilen Anwendungen etwa im Bereich der Funktionsbekleidung oder bei technischen Textilien gefordert.

Laserschneiden von Textilien ist eine industriell ausgereifte Entwicklung. Das Schweißen von Kunststoffen ist aufgrund der bedingten Eignung des klassischen CO2-Lasers im Allgemeinen ein relativ junger Prozess. Speziell das Laserschweißen von Textilien findet bislang nur in Sonderfällen Anwendung und dort auch erst in den letzten Jahren. Wirtschaftlich interessant wäre eine Kombination der beiden Prozesse.

Der simultane Schneid- und Schweißprozess kann mit einem oder zwei Laserstrahlen erfolgen. Bei der Variante mit einem Laser wird an der Schnittkante soviel Energie eingebracht, dass das Material an dieser Stelle verdampft. Durch Wärmeleitung wird das Material in einem kleinen Bereich ausgehend von der Schnittkante noch so weit erwärmt, dass es zwar aufgeschmolzen, jedoch nicht zersetzt wird.

Probleme hierbei können eine unterschiedliche Temperaturausbreitung sein, sodass es keinen überschneidenden thermoplastischen Bereich in den beiden Lagen gibt, oder ein so steiler Temperaturgradient, dass es de facto gar keinen thermoplastischen Bereich gibt.

Sollte sich im Laufe der Laborversuche herausstellen, dass eine Einstrahlvariante nicht realisierbar ist, wird auf die Zweistrahlvariante gewechselt.

Hierbei wird der Laserstrahl in einem Strahlteiler in zwei Strahlen geteilt, wobei einer für den Schnitt und der andere für die Verschweißung verantwortlich ist. Der Vorteil dieser Variante ist die einfachere Handhabung, was aber zu Lasten eines erheblich höheren Konstruktionsaufwands geht und damit mit höheren Kosten verbunden ist.

Die Schüler/innen sollten im Rahmen eines Projektteams mehrere Aufgaben im Forschungsprojekt übernehmen. Einerseits sollte die Auswahl geeigneter Materialien und Anwendungsfelder durch die Schüler/innen erfolgen, andererseits wurden die Schüler/innen auch direkt in die Versuchsplanung und Durchführung sowie in die Auswertung eingebunden werden. Die Beiträge der Schüler/innen wurden sowohl durch das textile Wissen – wie etwa die Eigenschaften der eingesetzten Grundwerkstoffe, deren Verarbeitung, Anwendungen, Veredlung und Nachbehandlung und das textile Prüfwesen – als auch ihre Spezialisierung auf dem Gebiet des technischen Prozessmanagements bestimmt. Die Problematik der Laserquellen, der Lasermaterialbearbeitung und auch der Lasersicherheit wurde mit den Schüler/innen in Vorträgen und kleineren Workshops erarbeitet. Die Schüler/innen sollten im Rahmen einer Diplomarbeit entsprechend ihrem Wissensstand unter Anleitung der beteiligten Lehrer/innen und Wissenschafter/innen Einzelaspekte des Projekts selbstständig planen und durchführen. Durch das Engagement der Schüler/innen sind auch wesentliche Beiträge zur Gewinnung von Daten zur Verifikation der geplanten FE-Simulationen zu erwarten. Die Arbeit der Schüler/innen in Form von Praktika sollte direkt in das gemeinsame Forschungsprojekt einfließen und stellt so einen wesentlichen Bereich der Zusammenarbeit dar. Durch regelmäßige Treffen des Projektteams auf niedriger Ebene sollten etwaige Irrwege möglichst vermieden und natürlich auch die beteiligten Schüler/innen unmittelbar eingebunden werden.