TWI: Clearweld® und die Lasernähmaschine

Es ist oft überraschend, in welchen Bereichen das TWI arbeitet: Es befasst sich mit nahezu allem, was gefügt werden muss. Vor kurzem untersuchte es das Herstellen von Kleidungssstücken mit dem Laser, ganz ohne Stiche, wie zum Beispiel bei einem Handschuh aus einem Mikrofaservlies. Das vom TWI patentierte Verfahren heißt Clearweld®. 

Das Laserschweißen von Textilien kann mit einem Diodenlaser über einem x-y-Tisch durchgeführt werden. Die zu bearbeitenden Stoffstücke werden auf dem x-y-Tisch mit Klebeband fixiert und von diesem unter dem Laserstrahl entlang bewegt. Der Laserkopf hat eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Spannkraft, mit der die Stoffstücke im Bereich des Lasereinwirkungspunktes aufeinander gepresst werden. Mit dem Laser wurden Plastikteile geschweißt, zum Beispiel konventionelles Laserschweißen eines durchsichtigen Kunststoffs, der den Laserstrahl ungehindert durchlässt, und einem schwarzen Kunststoff, der den Laserstrahl absorbiert und dadurch die Bauteile an der Fügestellen zum Schmelzen bringt.

Die Verwendung eines laserabsorbierendes Mediums führte zur Erfindung von Clearweld®. Da das laserabsorbierende Medium (wie das in den Kunststoffgläsern einer Laserschutzbrille) nahezu farblos ist, kann es für viele Anwendungen eingesetzt werden. Unter anderem auch zum Verschweißen von (mit dem Clearweld®-Farbstoff beschichtetes) Textilien. Bei dem zweifarbigen Mikrofaservlieshandschuh wurde das Infrarot-absorbierende Medium auf der roten Seite aufgetragen, und der Laser durchdrang das gelbe Material, um eine Überlapp-Lasernaht zwischen den beiden durchzuführen. 

Der Einsatz von Clearweld^® lohnt sich vor allem dann, wenn das Aussehen der Naht eine Rolle spielt. Zum Beispiel in bei der Lebensmittelverpackung oder der Verpackung von pharmazeutischen oder medizinischen Produkten. Die Technologie führt zu einem sehr schönen und sauberen Aussehen.

Beim Verbinden von Stoff ist es vorteilhaft, wenn Stiche vermieden werden sollen, zum Beispiel wenn die Nähte wie bei Regenmänteln wasserdicht sein sollen oder wie bei Schutzkleidung keine Chemikalien durchlassen dürfen.

Coleg Sir Gâr ist ein Ausbildungs- und Berufsschulzentrum in der Stadt Carmarthen in Südwest-Wales. An der dortigen Modeschule hat die Herstellung von Kleidung vor kurzem eine kleine Revolution erlebt. TWI und Prolas haben speziell zum Verbinden von Stoffen und Textilien eine Lasernähmaschine entickelt, die auf großes Interesse stößt. Laserschweißen wird bereits zum Verschweißen von Plastikfolien verwendet, aber die Modeschule setzt es zum Herstellen von Kleidung ein. Das wird soll eines Tages den Prozess des klassischen Nähens Stich für Stich, da zwei Stücke Stoff durch Laserschweißen verbunden werden. Das könnte die Herstellung von Kleidungsstücken revolutionieren.

Die Lasernähmaschine soll klein- und mittelständischen Unternehmen und Spezialisten in der Kleidungs- und Textilindustrie vorgestellt werden, um diese an Bord zu holen, um weitere Forschung und Entwicklung zu betreiben, da diese Technologie noch vollkommen neu ist. Direktes Laserschweißen durchleuchtet einen oder beide Werkstoffe an der Kontaktstelle zwischen den beiden Rollen. Der Prozess erfordert keine Durchlässigkeit der Stoffe für das Laserlicht, und gibt daher große Wahlmöglichkeiten bezüglich Laserwellenlänge und Art der Textilien. In einigen Fällen wird ein Laserabsorber, wie Clearweld® auf der Oberfläche der Textilien, um die die Laserenergie dort zu konzentrieren, wo sie benötigt wird, d.h. an der Fügestelle. 

Clearweld^® ist eine Lösung, die als Absorptionsmittel genutzt wird. Es wird auf die Textilien aufgebracht, bevor die Naht hergestellt wird. Die Maschine ist wie eine Nähmaschine aufgebaut und erlaubt dadurch sehr akkurates Arbeiten wie bei einer konventionellen Nähmaschine. 

In Zusammenarbeit mit dem TWI wurden Untersuchungen zur Nahtfestigkeit der an der Modeschule erstellten Textilien durchgeführt. Der nächste Schritt wird sein, zusammen mit weiteren Unternehmen mehr Forschung und Entwicklung durchzuführen, um die neue Technologie voranzubringen. Die Zukunft wird sehr optimistisch gesehen, und es ist spannend die erste Maschine dieser Art in Europa in Carmarthen zu haben und Teil des Entwicklungsprozesses zu sein.

Blackstone Plastics hat sich beim TWI gemeldet, um Unterstützung beim Fügen seiner bisher mit dem Heißgasschweißen hergestellten Produkte zu erhalten. Nachdem über einen längeren Zeitraum verschiedene Verfahren bewertet wurden, wurde das Laserschweißen für das Produktportfolio in Betracht gezogen.

Transmissions-Laserschweißen beruht darauf, dass die meisten Kunststoffe für Laserlicht im infrarot-nahen Bereich weitgehend durchlässig sind. Um dieses zum Schweißen einzusetzen, muss es an der Fügestelle konzentriert werden, um das Plastik auf einer Seite aufzuschmelzen.

Eine Clearweld^®-Beschichtung kann aufgebracht werden, um einen dünnen Film eines laserabsorbierenden Stoffs zu erzeugen. Diese absorbiert zwar das infrarote Licht, lässt aber das sichtbare Licht ungetrübt durch. Das ermöglicht eine neue Flexibilität und vor allem das Schweißen von durchsichtigem Kunststoff auf durchsichtigen Kunststoff.
Barkstone produziert eine Reihe technischer Produkte für die pharmazeutische und medizintechnische Industrie, bei denen klar durchsichtige Plastikteile miteinander verschweißt werden müssen, weil dies in steriler Atmosphäre und Umgebung eingesetzt werden. Dafür erweist sich der Laser-Absorber als äußerst vorteilhaft für das zukünftige Geschäft. 

• Case Study: ClearWeld™ - TWI's innovative joining process for textiles. 
• TWI's successful defence of the patent for Clearweld® technology.
  Connect, Nr. 151, November/Dezember 2007, S.7

• Jane McCann, David Bryson: Laser Welding. In: Smart Clothes and Wearable Technology. Elsevier, 2009.

Für Unternehmen in Süddeutschland, Österreich und der Schweiz stellt AluStir auf Anfrage gerne weitere Informationen über Clearweld^® und das Lasernähen zur Verfügung. Bitte kontaktieren Sie uns per Telefon (+49 6024 636 0123) oder E-Mail (stephan.kallee@alustir.com).