Transmissietest bepaalt welk deel van de laserstraling door de laserdoorlatende voegpartner heen gaat en dus daadwerkelijk beschikbaar komt in het voegvlak. Bij lastransmissie van thermoplasten met laser ontstaat de smelt niet waar de laser is ingesteld, maar waar de fotonen aankomen. Daartussen liggen reflectie aan de grensvlakken, absorptie in het volume en – bij semikristallijne, gevulde of gepigmenteerde materialen – verstrooiing. Van belang is dus de spectrale transmissiegraad bij de procesgolflengte, de optische weglengte door het onderdeel en de hoekverdeling van de uittredende straling. Alleen deze grootheden bepalen de intensiteit, de lijnenergie en het temperatuurveld aan het voegoppervlak, en daarmee de reproduceerbaarheid van de lasverbinding.

Technisch relevant is vooral een verschuiving binnen de waardeketen:

De causale keten is consistent: miniaturisatie en functionele integratie verkleinen de verbindingsvlakken en wanddiktes. Dat verkleint de toelaatbare energiemarge, omdat dezelfde absolute afwijking een grotere relatieve fout veroorzaakt. Tegelijkertijd neemt het aandeel gevulde en gekleurde compounds toe, en hun optische eigenschappen variëren per batch en per positie. Samen verschuiven beide effecten de kwaliteitsborging van naadinspectie na het lassen naar materiaaltests vooraf.

Regelgeving weegt het zwaarst in de medische technologie: EU-verordening 2017/745 (MDR), in combinatie met EN ISO 13485 (clausule 7.5.6), vereist procesvalidatie met gedocumenteerde procesgrenzen voor processen waarvan het resultaat niet niet-destructief kan worden geïnspecteerd - en het verbinden van fluïdische kanalen is daar een van. De transmissie van de verbindingspartner is een van de weinige grootheden die niet-destructief kan worden vastgelegd voordat het verbinden zelfs plaatsvindt.

Zes ontwikkelingen verschuiven de vereisten voor transmissietests:

Absorberloos lassen met thulium-fiberlasers. Bronnen rond 1940 nm benutten de eigen absorptie van het polymeer. De testgolflengte moet daarmee meebewegen; een meting bij 980 nm verliest haar betekenis.

Bundelvorming in plaats van vermogensverhoging. Aangepaste intensiteitsprofielen produceren uniformere verbindingszones dan Gauss-profielen voor niet-verstrooiende materialen. Bij sterk verstrooiende materialen egaliseert volumeverstrooiing de profielverschillen grotendeels - een reden om de verstrooiingseigenschappen te meten voordat de optica wordt ontworpen.

Simulatiegestuurd procesontwerp. Gekoppelde ray-tracing- en FEM-modellen leggen verstrooiing en warmtegeleiding samen vast. De invoergrootheden hiervoor zijn gemeten absorptie- en verstrooiingscoëfficiënten; de kwaliteit van de simulatie hangt daarom direct af van de kwaliteit van de optische karakterisering.

Laser-transparante zwarte kleuring. Kleursystemen zonder carbon black ontkoppelen het visuele uiterlijk van de NIR-transmissie. Ingangscontrole kan niet langer visueel worden uitgevoerd.

Additieve fabricage als nieuwe materiaalklasse. Bij 3D-geprinte verbindingspartners creëren laaggrenzen en poriën extra verstrooiingscentra met een uitgesproken richtingsafhankelijkheid. Gevolg: transmissiewaarden zijn alleen overdraagbaar tussen onderdelen die met dezelfde bouworiëntatie zijn geprint.

Herleidbaarheid als inkoopcriterium. Klanten in de automotive- en medische technologie eisen steeds vaker transmissiemetingen die herleidbaar zijn naar ISO/IEC 17025 in plaats van fabrieksinterne referentiewaarden.

Marktomvang, groeicijfers en bronnen voor dit toepassingsgebied zijn samengevat op de pagina Marktontwikkeling van UV-technologie.

Bij lasertransmissielassen worden twee thermoplasten met elkaar verbonden die optisch verschillend reageren op de laserstraling. De bovenste voegpartner is grotendeels transparant bij de procesgolflengte; de onderste absorbeert deze – meestal via roet, of anders via NIR-absorbers die in het zichtbare bereik onopvallend zijn.

De straling gaat door de bovenste partner heen, wordt in een dunne oppervlaktelaag van het absorberende materiaal aan het raakvlak omgezet in warmte en smelt dit lokaal. De warmte bereikt vervolgens via geleiding de transparante partner, die eveneens smelt. Onder gezamenlijke druk ontstaat een materiaalverbinding door interdiffusie van de macromolecules over het raakvlak.

Fysisch geldt de balans van stralingsfracties:

A + R + T = 1

met absorptiegraad A, reflectiegraad R en transmissiegraad T. Alle drie de grootheden zijn afhankelijk van het materiaal, de golflengte en de temperatuur, en verwijzen altijd naar een specifieke materiaaldikte. In optisch inhomogene media – bijvoorbeeld door glasvezels, pigmenten of kristallieten – buigt verstrooiing bovendien straling af uit haar oorspronkelijke voortplantingsrichting zonder deze te absorberen.

Typische procesgolflengtes liggen tussen 800 en 1100 nm, omdat de meeste ongepigmenteerde thermoplasten in dit bereik slechts zwak absorberen. 980 nm is de referentiegolflengte voor transmissietesten geworden, omdat deze zich in het midden van het industrieel gebruikte diodelaserbereik bevindt.

De procesvariant bepaalt hoeveel meetpunten een transmissietest nodig heeft en hoe sterk lokale transmissieverschillen doorwerken in het resultaat.

Onder de straalbronnen domineren diodelasers op 808 tot 980 nm vanwege hun hoge elektro-optische efficiëntie en compacte ontwerp. Fiberlasers op 1064 nm bieden een betere straalkwaliteit en kleinere focusdiameters. Thuliumfiberlasers rond 1940 nm richten zich op de eigen C-H- en O-H-overtoonabsorptie van de polymeer en maken verbinden zonder absorbeermiddel mogelijk; daar verschuift de energie-inbreng van het grensvlak naar het volume van beide partners.

Belangrijk voor de testplanning: de transmissietest moet worden uitgevoerd bij de golflengte die later voor het lassen zal worden gebruikt. Een waarde gemeten bij 980 nm is niet overdraagbaar naar een 1940 nm-proces, omdat dat proces bewust absorptiebanden benut die bij 980 nm worden vermeden.

Transmissie T bij de procesgolflengte. Deze bepaalt direct het vermogen dat beschikbaar is bij de lasnaad: P_joint = T · P_laser. Een daling van 45 % naar 35 % betekent 22 % minder energie aan het lasoppervlak – bij ongewijzigde systeemparameters.

Optische padlengte. Transmissie is geen materiaalconstante, ze geldt voor een bepaalde dikte. Overgangen in wanddikte, ribben, afschuiningen en schuin bestraalde zones verlengen het pad en verlagen T bovenproportioneel zodra verstrooiing domineert.

Verstrooiing en hoekverdeling. Verstrooide straling gaat niet verloren; ze bereikt het lasvlak verspreid en met een lagere piekintensiteit. De naad wordt breder, de piektemperatuur lager. Twee onderdelen met identieke totale transmissie kunnen daarom verschillende lasresultaten opleveren.

Absorptievermogen van het onderliggende deel. De indringdiepte van de straling in het absorberende lasoppervlak bepaalt of de warmte zich over een oppervlak of binnen een zeer dunne laag vormt. Een te hoge absorberconcentratie concentreert de energie in enkele micrometers en bevordert thermische schade en uitgassing.

Intensiteit en interactietijd. Niet alleen de energie is bepalend voor het resultaat, maar ook haar verdeling in de tijd. Intensiteit I = P/A en interactietijd t = d_spot/v bepalen samen de bereikte piektemperatuur; warmtegeleiding werkt daarbij als een concurrerend verliesmechanisme.

Voegdruk en spleet. Een luchtspleet onderbreekt de warmtegeleiding naar het transparante deel bijna volledig, omdat de thermische geleidbaarheid van lucht ongeveer twee ordes van grootte lager is dan die van thermoplasten.

Onderdeeltemperatuur en vocht. De optische eigenschappen zijn temperatuurafhankelijk; bij polyamiden verandert vochtopname bovendien het NIR-absorptiegedrag, omdat O-H-overtoonbanden erbij komen. Dit is relevant voor absorbervrije processen; bij 980 nm-processen speelt het meestal een ondergeschikte rol.

Dit gedeelte vat de misinterpretaties samen die in de praktijk het vaakst voorkomen.

Datasheetwaarden gelden niet voor het werkelijke onderdeel. Datasheets van compounds vermelden transmissiewaarden voor spuitgegoten standaardplaatjes van gedefinieerde dikte. In het werkelijke onderdeel veranderen vezeloriëntatie, lasnaden, positie van de aanspuitpunt, matrijstemperatuur en lokale afkoelsnelheid de kristalliniteitsgraad en de vezelverdeling. Het resultaat zijn transmissieverschillen van meerdere procentpunten binnen één en hetzelfde onderdeel - bij nominaal identiek materiaal.

Nominaal voldoende laservermogen is geen garantie over het lasvlak. Het opgegeven vermogen is het optische uitgangsvermogen van de bron. Tussen de bron en het lasvlak liggen optische verliezen, Fresnelreflectie aan twee grensvlakken, volumeabsorptie en verstrooiing. Procesgoedkeuringen die gebaseerd zijn op het ingestelde vermogen overschatten systematisch de energie die daadwerkelijk beschikbaar is.

Elektrisch opgenomen vermogen is geen optische dosis. De elektro-optische efficiëntie van diodelasers ligt doorgaans tussen 40 en 60 % en neemt af naarmate de junctietemperatuur stijgt. Procesbewaking op basis van het elektrisch opgenomen vermogen houdt geen rekening met veroudering van de diodebalken of vervuiling van de beschermvensters.

Gerichte en diffuse transmissie worden met elkaar verward. Een integrerende bol registreert de totale hemisferische transmissie en geeft bij verstrooiende materialen de hogere waarde weer. Een smalle detectoropening registreert alleen het quasi-collimeerde aandeel en geeft een lagere waarde weer. Beide waarden zijn correct en beantwoorden verschillende vragen: de totale transmissie beschrijft de energiebalans, de met een opening begrensde meting de intensiteit die geconcentreerd is binnen de doorsnede van de naad. Zonder vermelding van meetgeometrie, openingsgrootte en detectorafstand zijn transmissiewaarden voor verstrooiende onderdelen niet vergelijkbaar.

Meten op de verkeerde plaats. Een meting op een vlak referentiegebied buiten de laszone registreert noch wanddikteovergangen noch lokale vezelopeenhoping langs de naad. Wat zinvol is, is het transmissieprofiel langs het geplande lasconcept, niet één enkele waarde.

Meten bij de verkeerde golflengte. De totale lichttransmissie bepaald volgens ISO 13468 heeft betrekking op het zichtbare spectrale bereik en is niet betekenisvol voor de NIR-procesgolflengte. Omgekeerd zegt een hoge NIR-transmissie niets over het visuele uiterlijk - laserblack-compounds die in het NIR transparant blijven, maken precies van deze ontkoppeling gebruik.

Er wordt uitgegaan van reciprociteit waar deze niet geldt. De gedachte dat een verdubbeling van het vermogen bij een halvering van de belichtingstijd hetzelfde resultaat oplevert, geldt alleen zolang warmtegeleiding te verwaarlozen is. Bij trage processen stroomt warmte naar de kern van het onderdeel en blijft de daadwerkelijk bereikte piektemperatuur onder de berekening; bij zeer snelle processen beperkt thermische beschadiging van de absorber de toelaatbare intensiteit.

Transmissie wordt als enig vrijgavecriterium gebruikt. T beschrijft alleen de transparante partner. Als de absorberconcentratie in het tegenoverliggende onderdeel varieert, verschuift de energiedeposatie zonder dat de transmissiemeting dit laat zien. Een robuuste materiaalvrijgave omvat beide te verbinden onderdelen.

Positietolerantie voor verstrooiende monsters wordt onderschat. Bij sterk verstrooiende onderdelen hangt de weergegeven transmissiewaarde merkbaar af van de positie en oriëntatie van het monster in de meetkop. Zonder een gedefinieerde, herhaalbare opstelling voor het onderdeel kan de meetspreiding groter zijn dan de materiaalvariatie die ermee opgespoord zou moeten worden.

Kristalliniteit. Semikristallijne thermoplasten zoals PA, PP, POM en PBT bevatten sferulieten waarvan de brekingsindex afwijkt van die van de amorfe fase. Straling verstrooit aan deze grensvlakken. Amorfe materialen zoals PC, PMMA en PS vertonen daardoor een aanzienlijk hogere gerichte transmissie. Omdat de kristalliniteit afhankelijk is van de afkoelsnelheid, hebben de vormtemperatuur en wanddikte een directe invloed op de lasertransparantie – een procesparameter van het spuitgietproces wordt een optische parameter van het lasproces.

Glasvezels. Versterkingsvezels verminderen de transmissie voornamelijk door verstrooiing, niet door absorptie. Studies naar met korte glasvezels versterkt PA6 laten zien dat de doorgelaten laserenergie daalt van ongeveer 70 % tot circa 20 % wanneer het vezelgehalte stijgt van 0 tot 63 gew.-%; tussen 0 en 50 gew.-% neemt de verstrooide fractie toe met tot ongeveer 50 %. Ook de vezelorientatie speelt in de praktijk een rol: de effectieve verstrooiing verschilt tussen gebieden met stromingsgeoriënteerde vezels en gebieden bij de lasnaad.

Minerale vulstoffen. Talk, krijt en glasbolletjes verminderen de transmissie veel sterker dan glasvezels bij hetzelfde massa-aandeel. Glasbolletjes kunnen doorschijnend lassen zelfs bij geringe wanddiktes onmogelijk maken.

Pigmenten. Opake witte pigmenten, in het bijzonder titaandioxide, komen grotendeels niet in aanmerking voor laser-transparante onderdelen, omdat hun verstrooiing slechts zwak golflengteafhankelijk is en op vergelijkbare wijze werkt in het NIR als in het zichtbare bereik. Roet in het absorberende deel is daarentegen gewenst; massa-aandelen van slechts 0,05 tot 0,5 % genereren al voldoende absorptie.

Wanddikte. Bij verstrooiende materialen neemt het transmissieverlies sneller toe dan een puur absorptiemodel zou voorspellen, omdat meervoudige verstrooiing de gemiddelde padlengte van fotonen buitenproportioneel vergroot. Bij sterk verstrooiende materialen zoals POM of PBT beperkt dit in de praktijk de dikte van het transparante deel tot enkele millimeters; bij PEEK ligt deze grens nog lager.

Geometrie en invalshoek. Bij gebogen oppervlakken en radiale lasnaden treft de straling het materiaal onder een hoek. De bestraalde padlengte neemt toe met 1/cos θ, terwijl de Fresnel-reflectie gelijktijdig toeneemt met de invalshoek. Beide effecten verminderen het vermogen dat de las bereikt, zonder dat het materiaal verandert. Transmissietests op rotatiesymmetrische onderdelen dienen daarom te worden uitgevoerd in de daadwerkelijke procesgeometrie.

De eenvoudigste kwantitatieve beschrijving van transmissie combineert Fresnel-grensvlakreflectie met Beer-Lambert-volumeabsorptie:

T = (1 − R)² · e^{(−α · d)}

waarbij

• T transmissie (dimensieloos)
• R reflectie van één grensvlak bij loodrechte inval, R = ((n − 1)/(n + 1))²
• n brekingsindex van het polymeer (PA6: ≈ 1,53; PC: ≈ 1,58; PMMA: ≈ 1,49)
• α absorptiecoëfficiënt in mm⁻¹ bij de procesgolflengte
• d bestraalde dikte in mm

Gevolg van de Fresnel-termen. Voor PA6 met n = 1,53 bedraagt R ongeveer 4,4 % per grensvlak. Zelfs een volledig absorptievrij, niet-verstrooiend onderdeel bereikt daarom slechts T ≈ 91,4 %. Transmissie-eisen boven deze waarde zijn voor onbeklede kunststofoppervlakken fysisch onhaalbaar.

Aannames van het model. De wet van Beer-Lambert gaat uit van een homogeen, niet-verstrooiend medium, monochromatische straling, gecollimeerde propagatie en een lineaire interactie. Zij geldt daarom bij benadering voor amorfe, onvergulde thermoplasten.

Grenzen. Zodra er verstrooiing optreedt – wat in de praktijk voor bijna elk semikristallijn, gevuld of gepigmenteerd materiaal geldt – beschrijft α niet langer alleen absorptie, maar wordt het een effectieve extinctiecoëfficiënt µ_ext = µ_a + µ_s, die absorptie en verstrooiing combineert. Dit onderscheid is proceskritisch: geabsorbeerde straling gaat verloren voor het verlijmingsvlak, verstrooide straling bereikt dit vlak nog wel, maar ruimtelijk verspreid. Een meting die alleen het gecollimeerde aandeel registreert, kan de energiebalans niet reconstrueren. Een fysisch correcte beschrijving vereist de stralingstransportvergelijking – in de praktijk benaderd door tweestroommodellen van het Kubelka-Munk-type, of door Monte Carlo- en ray-tracingmethoden – om de straling te splitsen in geabsorbeerde, voorwaarts- en achterwaarts verstrooide fracties.

Praktisch gevolg. Voor verstrooiende materialen is één enkele transmissiewaarde alleen een zinvolle procesparameter als de meetgeometrie overeenkomt met de procesgeometrie: hetzelfde golflengtebereik, een vergelijkbare bundeldiameter, een gedefinieerde detectoropening en een gedefinieerde afstand tussen de onderzijde van het onderdeel en de detector. Precies daarom schrijven procesnormen voor dat het meetprincipe moet worden vermeld – vermogensmeting, fotometrische of spectrale meting.

1. Uitgangspunten. Contourlassen van een behuizing van PA6-GF30, wanddikte 2 mm, 980 nm diodelaser, optisch uitgangsvermogen P₀ = 40 W, spotdiameter in het lasvlak d_S = 1,5 mm, voedingssnelheid v = 100 mm/s. Vrijgavewaarde van de transmissie T₁ = 42 %; in een gebied met lokale vezelaccumulatie wordt T₂ = 30 % gemeten.

2. Model.
P_F = T · P₀  ·  E_l = P_F / v  ·  I = P_F / A  ·  t = d_S / v  ·  H = I · t

3. Berekening

4. Resultaat. Een daling van 12 procentpunten in transmissie vermindert de beschikbare energie in het lasvlak met ongeveer 29 %.

5. Technische interpretatie. Op papier zou het verlies gecompenseerd kunnen worden door het uitgangsvermogen te verhogen tot ongeveer 56 W of de voedingssnelheid te verlagen tot ongeveer 71 mm/s. Beide routes zijn echter niet gelijkwaardig: een hoger vermogen verhoogt de piektemperatuur in de absorber en daarmee het risico op thermische schade en ontgassing; een lagere voedingssnelheid verlengt de warmteafvoertijd en verbreedt de warmte-beïnvloede zone. Ook is de compensatie niet exact lineair, omdat de dikte van de smeltlaag eveneens afhangt van de warmteafvoer. In plaats van een generieke verhoging van de parameters is een plaatsopgeloste transmissietest de betere aanpak – deze maakt positieafhankelijke vermogensregeling mogelijk of biedt de mogelijkheid het onderdeel voorafgaand aan het lassen uit te sorteren.

Met de volgende calculator kunt u uw eigen metingen evalueren: deze neemt het vermogen voor en na het monster en berekent transmissie, verlies, verzwakking in decibel en optische dichtheid. Bij T₁ = 42 % is dat ongeveer 3,8 dB – de daling naar 30 % komt overeen met 5,2 dB, dus een goede 1,4 dB meer verzwakking in het stralingspad. De omrekening geldt per golflengte; de gemeten vermogens omvatten de Fresnel-verliezen aan beide grensvlakken.

Automotive en e-mobility. Sensorbehuizingen, ECU-afdekkingen, expansievaten en vloeistofverdeelblokken worden overwegend samengesteld uit glasvezelversterkt polyamide en PBT. Belangrijk hierbij is de variatie in vezelgehalte per batch en per positie, omdat dezelfde systeeminstelling maandenlang moet functioneren bij wisselende materiaalpartijen. De kritische procesgrootheid is het transmissieprofiel langs de omtreklasnaad, niet de gemiddelde waarde.

Medische technologie en in-vitro diagnostiek. Microfluïdische cartridges bevatten kanalen van enkele honderden micrometers breed. Een te brede smeltzone vernauwt of blokkeert het kanaal. Omdat de naad na het verlijmen niet volledig niet-destructief kan worden beoordeeld, verschuift de kwaliteitsborging naar de materiaalvrijgave. Belangrijk zijn de ruimtelijke resolutie van de meting en de metrologische herleidbaarheid van de meetketen.

Elektronica en sensoren. Bij hermetisch afgesloten behuizingen bepaalt de naadkwaliteit de IP-beschermingsklasse en daarmee de bestendigheid tegen vocht en media – reproduceerbaarheid van de energieinbreng over het volledige contour is ook cruciaal in de elektronica- en halfgeleiderproductie, met name bij hoeken, waar de interactietijd verandert door de padvertraging.

Optica en fotonica. Voor lichtgeleiders, lenshouders en afdekkingen van PC of PMMA geldt een dubbele eis: hoge NIR-transmissie voor het lasproces en gedefinieerde transmissie in het beoogde spectrale bereik – dezelfde dubbele eis die ook geldt voor optische precisieonderdelen. Beide grootheden moeten afzonderlijk worden getest, omdat ze betrekking hebben op verschillende golflengtebereiken.

Verpakkingen en consumentengoederen. Bij het verlijmen van dunne folies en halffabricaten domineert de dikteafhankelijkheid: bij PA6/PP-folielaminaten daalt de haalbare lassnelheid duidelijk naarmate de foliedikte toeneemt, omdat meer materiaal moet smelten en de lage thermische geleidbaarheid van thermoplasten de procestijd beperkt.

Onderzoek en materiaalontwikkeling. Bij de ontwikkeling van lasertransparante compounds is de spectraal opgeloste transmissie over 600 tot 2000 nm de centrale beoordelingsgrootheid, omdat deze aantoont of een formuleringswijziging de absorptie of verstrooiing heeft veranderd.

Twee transparante voegdelen. Absorberloos lassen bij golflengten tussen ongeveer 1500 en 2000 nm maakt gebruik van de eigen absorptie van het polymeer. De energie wordt dan niet bij het grensvlak maar over een volume gedeponeerd; de focuspositie bepaalt de locatie van de smeltzone. Transmissietesten moeten hierbij worden uitgevoerd bij de daadwerkelijke procesgolflengte, aangezien de optische eigenschappen fundamenteel verschillen van die bij 980 nm. Als alternatief worden NIR-absorbers die transparant zijn in het zichtbare bereik, gebruikt als een dunne tussenlaag in de voegspleet.

Visueel zwarte, transparante onderdelen. Kleurstofsystemen zonder roet maken visueel diepzwarte onderdelen met een hoge NIR-transmissie mogelijk. Vrijgave van dergelijke compounds is alleen mogelijk door middel van een NIR-transmissiemeting; een visuele beoordeling leidt systematisch tot verkeerde conclusies.

Sterk verstrooiende materialen. Bij POM, PBT en sterk gevulde compounds is de dikte van het transparante voegdeel in de praktijk beperkt tot een of twee millimeter. Aangepaste bestralingsstrategieën – zoals bundelvorming tot een flat-top- of dubbelpiekig intensiteitsprofiel, of meerdere doorgangen – compenseren de door verstrooiing veroorzaakte verbreding gedeeltelijk.

Grote variaties in wanddikte. Bij onderdelen met een variërende wanddikte langs de las loont het om een positieafhankelijke vermogensregeling toe te passen. Deze berust op een vooraf gemeten transmissieprofiel dat wordt ingevoerd in de baanregelaar.

Welke grootheid? Nodig is de transmissie van de laser-transparante verbindingspartner bij de procesgolflengte, opgegeven samen met de wanddikte op de meetlocatie. Voor materiaalontwikkeling en foutenanalyse is bovendien spectraal opgeloste transmissie vereist; voor seriecontrole is een meting bij één golflengte meestal voldoende – de onderliggende grootheden zijn samengevat in het overzicht van radiometrische grootheden.

Waar meten? Op het onderdeel, in de verbindingsgeometrie en langs het geplande lascontour. Een meetraster langs de naad onthult vezelaccumulatie, laslijnen en overgangen in wanddikte die op één meetpunt gemist zouden worden.

Welke meetonzekerheden zijn van belang?

• Drift van de lichtbron door veroudering en temperatuur – te beperken met een dual-beam-opstelling en een interne referentiediode
• Omgevingslicht in de productieomgeving – te reduceren door gemoduleerde bronnen en synchrone detectie
• Positioneeronzekerheid van het proefstuk – vaak de dominante bijdrage bij verstrooiende onderdelen, alleen beheersbaar met een onderdeelspecifieke, reproduceerbare opstelling
• Definitie van detectoropening en afstand – bepaalt welk verstrooid aandeel wordt opgevangen
• Herleidbaarheid van de aflezing – via referentietargets met bekende transmissie en kalibratie in een laboratorium geaccrediteerd volgens ISO/IEC 17025

Wanneer is een breedband- of enkelvoudige golflengtemeting voldoende? Voor vrijgegeven compounds met een bekend spectraal profiel is meting bij de procesgolflengte voldoende, omdat alleen afwijkingen van een bekende toestand gedetecteerd moeten worden.

Wanneer is een spectrale meting vereist? Bij een materiaal- of formuleringswijziging, wijzigingen in kleurstof, klachtenanalyse en absorberloze processen. Alleen een spectrum laat zien of een verandering in transmissie voortkomt uit extra absorptiebanden of uit veranderde verstrooiing – het eerste kan worden vermeden door een andere golflengte te kiezen, het tweede niet.

Wanneer zijn ruimtelijk of tijdgebonden metingen nodig? Ruimtelijk opgelost bij elk onderdeel met ongelijke vezelverdeling of variabele wanddikte, en bij naadbreedtes onder ongeveer één millimeter. Tijdgebonden bij processen met thermische terugkoppeling, waarbij de optische eigenschappen tijdens het lassen veranderen.

In de serieproductie is transmissiecontrole steeds vaker geen laboratoriumstap maar een productiestap voorafgaand aan het verbinden.

Voorafgaande onderdeelinspectie. Een meetsysteem volgt het lascontour – handmatig gedefinieerd of overgenomen uit CAD-gegevens – en produceert een transmissieprofiel. De technische betekenis ligt niet in de gegevensoverdracht, maar in het feit dat een onderdeel kan worden uitgesorteerd vóór de irreversibele verbindingsstap. Dat voorkomt dat twee onderdelen aan elkaar worden gelast terwijl één ervan niet lasbaar is.

Adaptieve vermogensregeling. Wanneer het transmissieprofiel wordt doorgegeven aan de systeemregelaar, kan het laservermogen positie voor positie worden aangepast zodat de lijnenergie in het lasvlak constant blijft, in plaats van het ingestelde uitgangsvermogen. Daardoor verschuift de regelvariabele van een systeemparameter naar de fysisch werkzame grootheid.

In-processbewaking. Pyrometrie en thermografie registreren de oppervlaktetemperatuur tijdens het lassen. Bij absorberloze processen met langergolvige straling is dit beperkt, omdat de processtraling spectraal overlapt met de gemeten thermische straling. Meting van het lastraject bij quasi-simultaan lassen levert daarentegen een directe mechanische maat voor het gesmolten volume.

Gegevensterugkoppeling en herleidbaarheid. Door onderdeelidentificatie, transmissieprofiel en lasparameters te koppelen, wordt statistische procesbewaking over batches heen mogelijk en wordt materiaaldrift zichtbaar voordat er afkeur ontstaat. Voor gereguleerde industrieën maakt dit ook deel uit van de vereiste procesvalidatie.

Pas na het vastleggen van deze punten volgt de keuze van het instrument: klemvormige procesfotometers voor enkelvoudige golflengtecontrole van vlakke onderdeeloppervlakken op de productielijn, spectrofotometers met integrerende bol voor het bepalen van gerichte en diffuse transmissie op materiaalmonsters, en geaccrediteerde kalibratie om de volledige meetketen herleidbaar te maken.

Verstrooiing als dominant verliesmechanisme in gevulde thermoplasten. Deze studie onderzocht hoe wanddikte, glasvezelgehalte en kristalliniteit de lichtverstrooiing tijdens laserdoorstralingslassen beïnvloeden. De studie scheidt experimenteel de absorptie- en verstrooiingsfracties en toont dat het verlies aan transmissie bij versterkte polyamiden voornamelijk te wijten is aan verstrooiing en niet aan absorptie – een resultaat dat verklaart waarom het simpelweg verhogen van het vermogen de naadkwaliteit niet herstelt. Xu, Parkinson, Bates, Zak (2015), Optics & Laser Technology 75, 123–131

Bestralingsstrategieën voor sterk verstrooiende materialen. Deze studie onderzocht aangepaste bestralingsstrategieën voor polymeren met sterke volumeverstrooiing. Ze toont dat het procesvenster kan worden verbreed door de intensiteitsverdeling aan te passen zodra de verstrooiingseigenschappen van de transparante partner vooraf bekend zijn. Frick, Schkutow (2018), Procedia CIRP 74, 538–543

Een systematisch overzicht van bestralingsvarianten. Dit overzicht rangschikt contour-, quasi-simultaan-, simultaan- en maskerlassen, samen met nieuwere strategieën, naar hun energetische en thermische kenmerken, en werkt uit welke materiaal- en geometrieomstandigheden welke variant bevorderen. Acherjee (2021), Optics & Laser Technology 137, 106737

Een materialen- en procesoverzicht met optische parameters. Dit overzicht vat bundelbronnen, materialen, procesvarianten en kwaliteitskenmerken samen, en bevat vergelijkende indringdiepte-waarden voor diverse thermoplasten bij 940 nm, 1064 nm en 1550 nm – een nuttige basis voor de keuze van een golflengte. Gonçalves, Duarte, Martins, Paiva (2021), Infrared Physics & Technology 119, 103931

Modellering van het temperatuurveld en verstrooiing. Dit overzicht evalueert numerieke modellen voor temperatuurveld, spanningsveld, smeltstroming en thermische afbraak, en toont dat modellen die lichtverstrooiing negeren systematisch de piekintensiteit overschatten en de naadbreedte onderschatten. Hu, Li, Zuo (2023), Polymers 15, 2125

1. DVS 2243 (2014): Laserstralen lassen van thermoplasten (alleen Duits). DVS Media, Düsseldorf – de procesnorm die apparatuur, procestechnologie en kwaliteitsborging behandelt.
2. DVS 2243 Bijlage 1 (2007): Bepaling van de transmissiegraad van het laser-transparante voegdeel bij laserdoorstralingslassen van thermoplasten (alleen Duits). DVS Media, Düsseldorf – definieert de meetprincipes van vermogensmeting, fotometrische en spectrale meting, en de grootheden R, T en A.
3. DIN EN ISO 13468-1/-2: Kunststoffen – Bepaling van de totale lichttransmissie van transparante materialen. Normatieve basis voor transmissiemetingen in het zichtbare spectrale bereik; slechts deels overdraagbaar naar NIR-procesgolflengten.
4. DIN EN ISO/IEC 17025:2018-03: Algemene eisen voor de competentie van test- en kalibratielaboratoria. De basis voor de metrologische herleidbaarheid van transmissiemetingen en referentienormalen.
5. Acherjee (2021), Optics & Laser Technology 137, 106737, en Xu et al. (2015), Optics & Laser Technology 75, 123–131 – peer-reviewed achtergrond over bestralingsstrategieën en verstrooiing.
6. Gonçalves et al. (2021), Infrared Physics & Technology 119, 103931, en Hu, Li, Zuo (2023), Polymers 15, 2125 – overzichts- en modelleringswerk over materialen, golflengtekeuze en verstrooiingsmodellen.

De marktcijfers in het gedeelte over de ontwikkeling van de lasertechnologie zijn gebaseerd op commerciële marktonderzoeken naar het laserlassen van kunststoffen, met 2025 als referentiejaar en een prognosehorizon tot 2032; zij dienen als indicatie van de orde van grootte en niet als exact getal.

Hoe wordt de transmissie gemeten bij laserdoorstraallassen?
Gemeten wordt de verhouding tussen het stralingsvermogen dat door het onderdeel gaat en het invallende vermogen, bij de procesgolflengte. Gangbare methoden zijn vermogensmeting, fotometrische meting bij één golflengte en spectrale meting. De meetwaarde geldt uitsluitend voor de gebruikte productdikte, meetgeometrie en detectoropening en is zonder vermelding daarvan niet vergelijkbaar.

Welke golflengte is juist voor transmissietesten?
Bepalend is de latere procesgolflengte. Voor diodelaserprocessen is 980 nm de referentie geworden, omdat deze binnen het industrieel dominante bereik van 800 tot 1100 nm valt. Voor absorbervrije processen bij 1500 tot 2000 nm is een meting bij 980 nm niet zinvol, omdat daar andere absorptiemechanismen gelden.

Welke transmissie is vereist?
Er bestaat geen universele drempelwaarde, omdat de vereiste transmissie afhangt van laservermogen, aanvoersnelheid, spotgrootte en absorbereigenschappen. In de praktijk wordt vaak gestreefd naar waarden boven 20 tot 30 %. Het is zinvoller de vereiste af te leiden uit de lijnenergie die nodig is in het lasvlak dan uit een algemene waarde.

Waarom last de laser niet, ondanks voldoende vermogen?
In de meeste gevallen bereikt slechts een te klein deel van de straling het lasvlak. Oorzaken zijn onder andere verstrooiing door kristallieten, glasvezels of pigmenten, een te grote bestraalde wanddikte, Fresnel-reflecties aan de grensvlakken of een lasspleet die de warmteoverdracht naar het transparante deel onderbreekt. Het ingestelde uitgangsvermogen zegt hierover niets.

Wat is het verschil tussen gerichte en diffuse transmissie?
De gerichte transmissie omvat alleen het nagenoeg niet-afgebogen deel; de totale transmissie omvat daarnaast ook het verstrooide deel, gemeten met een integrerende bol. Bij verstrooiende materialen lopen deze twee waarden sterk uiteen. De totale transmissie beschrijft de energiebalans; de meting met beperkte opening beschrijft de intensiteit die werkzaam is binnen de lasnaaddoorsnede.

Hoe beïnvloeden glasvezels de lasertransparantie?
Glasvezels verminderen de transmissie voornamelijk door verstrooiing. Bij kortglasvezelversterkt PA6 daalt de doorgelaten laserenergie van ongeveer 70 % naar ongeveer 20 % naarmate het vezelgehalte toeneemt tot 63 gew.-%. De lokale vezeloriëntatie geeft een extra effect, waardoor er transmissieverschillen optreden binnen één en hetzelfde spuitgietonderdeel.

Waarom is een datasheetwaarde geen vervanging voor een meting op productniveau?
Datasheets geven waarden voor standaardplaatjes van een bepaalde dikte. In het werkelijke onderdeel veranderen de positie van de inspuitpoort, de stroombaan, lasnaden, de matrijstemperatuur en variaties in wanddikte de kristalliniteit en de vezelverdeling. Het resultaat zijn transmissieverschillen binnen één onderdeel, die alleen een ruimtelijk opgeloste meting langs het lascontour aan het licht brengt.

Wanneer is een spectrale transmissiemeting noodzakelijk?
Bij materiaal- of formuleringswijzigingen, kleurstofwijzigingen, klachtenanalyse en voor absorbervrije processen. Alleen een spectrum toont of een verandering in transmissie het gevolg is van extra absorptie of van veranderde verstrooiing. Absorptie kan worden vermeden door een andere golflengte te kiezen; verstrooiing kan alleen worden aangepakt via de formulering, de verwerking of de productdikte.

De vraag hoeveel straling een materiaal doorlaat, speelt ook elders een rol: optica en precisiecomponenten behandelt transmissie en verstrooiing aan optische oppervlakken, in de automobielindustrie worden kunststofonderdelen met dezelfde processen verbonden, en additive manufacturing voegt een materiaalklasse toe waarvan de verstrooiing afhangt van de opbouwrichting. Verwante verbindingsprocessen en onderdeelklassen komen aan de orde bij UV-verlijming, potting en encapsulatie en elektronica en halfgeleiders. Het volledige overzicht vindt u bij UV-toepassingen.

De transmissie van het laserdoorlatende voegdeel kan worden gemeten bij de relevante procesgolflengte, in de werkelijke onderdeelgeometrie en langs het geplande lascontour. Geschikte instrumenten hiervoor zijn de ZPM procesfotometer voor meting bij een vaste golflengte en de Cary 60 spectrofotometer voor spectraal opgeloste transmissie; voor het ontwerpen van de meetketen – van de keuze van de golflengte via de meetgeometrie tot herleidbare kalibratie – staat het toepassingslaboratorium tot uw beschikking. Neem contact op.