Transmissionsmätning fastställer hur stor andel av laserstrålningen som passerar genom den laser­transparenta fogpartnern och därmed faktiskt blir tillgänglig i fogplanet. Vid lasertransmissionssvetsning av termoplaster bildas smältan inte där lasern är inställd, utan där fotonerna anländer. Mellan dessa två ligger reflektion vid gränsytorna, absorption inom volymen och – för semikristallina, fyllda eller pigmenterade material – spridning. Det som är avgörande är därför den spektrala transmittansen vid processvåglängden, den optiska väglängden genom detaljen och vinkelfördelningen hos den utträdande strålningen. Endast dessa storheter bestämmer intensiteten, linjeenergin och temperaturfältet vid fogytan, och därmed svetsens reproducerbarhet.

Tekniskt relevant är framför allt en förskjutning inom värdekedjan:

Orsakskedjan är genomgående konsekvent: miniaturisering och funktionsintegration minskar fogytor och väggtjocklekar. Det minskar den tolerabla energimarginalen, eftersom samma absoluta avvikelse ger ett större relativt fel. Samtidigt ökar andelen fyllda och färgade compounds, och deras optiska egenskaper varierar per batch och position. Tillsammans förskjuter dessa två effekter kvalitetssäkringen från fogkontroll efter svetsning till materialtestning i förväg.

Regleringen väger tyngst inom medicinteknik: EU-förordning 2017/745 (MDR), i kombination med EN ISO 13485 (avsnitt 7.5.6), kräver processvalidering med dokumenterade processgränser för processer vars resultat inte kan kontrolleras oförstörande – och sammanfogning av fluidiska kanaler är en sådan process. Transmittansen hos fogpartnern är en av få storheter som kan mätas oförstörande innan sammanfogningen ens sker.

Sex utvecklingar förändrar kraven på transmissionstestning:

Absorbatorfri svetsning med tuliumfiberlasrar. Källor kring 1940 nm utnyttjar polymerens egen absorption. Testvåglängden måste följa med; en avläsning vid 980 nm förlorar sin betydelse.

Strålformning istället för ökad effekt. Anpassade intensitetsprofiler ger mer enhetliga fogzoner än gaussiska profiler för icke-spridande material. För starkt spridande material jämnar volymspridningen i stort ut profilskillnaderna – ett skäl att mäta spridningsegenskaperna innan optiken designas.

Simuleringsdriven processdesign. Kopplade ray-tracing- och FEM-modeller fångar spridning och värmeledning tillsammans. Deras indata är uppmätta absorptions- och spridningskoefficienter; simuleringens kvalitet beror därför direkt på kvaliteten på den optiska karakteriseringen.

Laserstransparent svart färgsättning. Färgsystem utan kimrök frikopplar visuellt utseende från NIR-transmission. Ingångskontroll kan inte längre göras visuellt.

Additiv tillverkning som en ny materialklass. I 3D-printade fogpartner skapar skiktgränser och porer ytterligare spridningscentra med tydlig riktningsberoende. Konsekvens: transmittansvärden kan endast överföras mellan delar tryckta med samma byggorientering.

Spårbarhet som ett inköpskriterium. Kunder inom fordonsindustri och medicinteknik kräver alltmer transmissionsavläsningar spårbara till ISO/IEC 17025 istället för tillverkarens interna referensvärden.

Marknadsstorlekar, tillväxttakter och källor för detta tillämpningsområde sammanfattas på sidan Marknadsutveckling för UV-teknik.

Lasertransmissionssvetsning fogar samman två termoplaster som skiljer sig i hur de interagerar optiskt med laserstrålningen. Den övre fogpartnern är i stort sett transparent vid processens våglängd; den undre absorberar den – vanligtvis genom kimrök, eller alternativt genom NIR-absorbatorer som är oansenliga inom det synliga området.

Strålningen passerar genom den övre partnern, omvandlas till värme i ett tunt ytskikt av det absorberande materialet vid gränsytan och smälter det lokalt. Värmen når därefter den transparenta partnern genom konduktion, som också smälter. Under fogtryck bildas en materialbindning genom interdiffusion av makromolekylerna över gränsytan.

Fysikaliskt gäller balansen mellan strålningsandelarna:

A + R + T = 1

med absorptans A, reflektans R och transmittans T. Alla tre storheterna beror på materialet, våglängden och temperaturen, och avser alltid en specifik materialtjocklek. I optiskt inhomogena medier – exempelvis på grund av glasfibrer, pigment eller kristalliter – avleder spridning dessutom strålning ur dess ursprungliga utbredningsriktning utan att absorbera den.

Typiska processvåglängder ligger mellan 800 och 1100 nm, eftersom de flesta opigmenterade termoplaster endast absorberar svagt i detta område. 980 nm har blivit referensvåglängden för transmissionstestning eftersom den ligger i mitten av det industriellt använda diodlaserområdet.

Processvarianten avgör hur många mätpunkter ett transmissionstest behöver och hur starkt lokala transmissionsvariationer påverkar resultatet.

Bland strålkällor dominerar diodlasrar vid 808 till 980 nm på grund av sin höga elektrooptiska verkningsgrad och kompakta design. Fiberlasrar vid 1064 nm ger bättre strålkvalitet och mindre fokusdiametrar. Tuliumfiberlasrar omkring 1940 nm adresserar polymerens egen C-H- och O-H-övertonsabsorption och möjliggör fogning utan absorbator; där förskjuts energideponeringen från gränsytan till volymen hos båda parterna.

Viktigt för testplaneringen: transmissionstestning måste utföras vid den våglängd som senare ska användas för svetsningen. Ett värde uppmätt vid 980 nm gäller inte för en 1940 nm-process, eftersom den processen medvetet utnyttjar absorptionsband som undviks vid 980 nm.

Transmittans T vid processvåglängden. Den skalar den tillgängliga effekten vid fogspalten direkt: P_joint = T · P_laser. En minskning från 45 % till 35 % innebär 22 % mindre energi vid fogytan – med oförändrade systemparametrar.

Optisk vägsträcka. Transmittans är ingen materialkonstant, den gäller för en specifik tjocklek. Väggtjockleksövergångar, ribbor, avfasningar och snett bestrålade områden förlänger vägen och minskar T oproportionerligt när spridning börjar dominera.

Spridning och vinkelfördelning. Spridd strålning går inte förlorad; den når fogplanet utspridd och med lägre toppintensitet. Sömmen blir bredare, topptemperaturen lägre. Två delar med identisk total transmittans kan därför ge olika svetsresultat.

Absorptivitet hos den undre partnern. Strålningens penetrationsdjup i den absorberande fogytan avgör om värmen bildas över en yta eller inom ett mycket tunt lager. En för hög absorbatorkoncentration koncentrerar energin till några få mikrometer och främjar termisk skada och avgasning.

Intensitet och interaktionstid. Det är inte energin ensam som avgör resultatet, utan dess fördelning i tiden. Intensitet I = P/A och interaktionstid t = d_spot/v bestämmer tillsammans den uppnådda topptemperaturen; värmeledning fungerar som en konkurrerande förlustmekanism.

Fogtryck och spalt. En luftspalt avbryter värmeledningen till den transparenta partnern nästan helt, eftersom luftens värmeledningsförmåga ligger cirka två storleksordningar under termoplasternas.

Deltemperatur och fukt. De optiska egenskaperna är temperaturberoende; för polyamider förändrar fuktupptagning dessutom NIR-absorptionsbeteendet, eftersom O-H-övertonsband tillkommer. Detta har betydelse för absorbatorfria processer; för 980 nm-processer är det oftast av sekundär betydelse.

Detta avsnitt sammanfattar de missuppfattningar som förekommer oftast i praktiken.

Datablad-värden gäller inte för den verkliga delen. Datablad för kompositmaterial anger transmissionsvärden för spritsgjutna standardplattor med definierad tjocklek. I den verkliga delen förändrar fiberorientering, sömlinjer, insprutningspunktens läge, formtemperatur och lokal kylningshastighet kristallinitetsgraden och fiberfördelningen. Resultatet är transmissionsskillnader på flera procentenheter inom en och samma del – med nominellt identiskt material.

Nominellt tillräcklig lasereffekt är ingen garanti gällande fogplanet. Det angivna värdet är källans optiska uteffekt. Mellan källan och fogytan finns optiska förluster, Fresnel-reflektion vid två gränsytor, volymabsorption och spridning. Processgodkännanden baserade på inställd effekt överskattar systematiskt den energi som faktiskt finns tillgänglig.

Elektrisk ineffekt är inte en optisk dos. Den elektro-optiska verkningsgraden för diodlasrar ligger typiskt på 40 till 60 % och sjunker när övergångstemperaturen stiger. Processtyrning baserad på elektrisk ineffekt fångar inte upp åldring av diodstavarna eller nedsmutsning av skyddsfönstren.

Riktad och diffus transmission förväxlas. En integrerande sfär fångar den halvsfäriska totaltransmissionen och ger det högre värdet för spridande material. En smal detektoröppning fångar bara den kvasi-kollimerade andelen och ger ett lägre värde. Båda värdena är korrekta och besvarar olika frågor: totaltransmissionen beskriver energibalansen, den bländarbegränsade mätningen den intensitet som koncentreras inom sömtvärsnittet. Utan uppgift om mätgeometri, bländarstorlek och detektoravstånd är transmissionsvärden för spridande delar inte jämförbara.

Mätning på fel plats. En mätning på en plan referensyta utanför fogzonen fångar inte upp väggtjockleksövergångar eller lokal fiberansamling längs sömmen. Vad som är relevant är transmissionsprofilen längs den planerade svetskonturen, inte ett enskilt värde.

Mätning vid fel våglängd. Den totala ljustransmittansen som bestäms enligt ISO 13468 avser det synliga spektralområdet och är inte relevant för NIR-processvåglängden. Omvänt säger hög NIR-transmission ingenting om visuellt utseende – laser-svarta kompositer som förblir transparenta i NIR utnyttjar exakt denna frikoppling.

Reciprocitet antas gälla där den inte gör det. Idén att en fördubbling av effekten samtidigt som exponeringstiden halveras ger samma resultat gäller endast så länge värmeledningen är försumbar. Vid långsamma processer flödar värme in i delens massa och den faktiskt uppnådda toppemperaturen understiger beräkningen; vid mycket snabba processer begränsar termisk skada på absorbatorn den tillåtna intensiteten.

Transmission används som enda godkännandekriterium. T beskriver endast den transparenta parten. Om absorbatorkoncentrationen i motparten varierar förskjuts energideponeringen utan att transmissionsmätningen visar det. Ett robust materialgodkännande omfattar båda fogpartnerna.

Positionstolerans för spridande provkroppar underskattas. För starkt spridande delar beror den visade transmittansen märkbart på provkroppens position och orientering i mäthuvudet. Utan en definierad, repeterbar delfixtur kan mätspridningen överstiga den materialvariation den är avsedd att upptäcka.

Kristallinitet. Delvis kristallina termoplaster som PA, PP, POM och PBT innehåller sfärolit­er vars brytningsindex skiljer sig från den amorfa fasens. Strålning sprids vid dessa gränsytor. Amorfa material som PC, PMMA och PS uppvisar därför markant högre riktad transmission. Eftersom kristalliniteten beror på kylhastighet, verktygstemperatur och godstjocklek påverkar den direkt lasertransparensen – en processparameter från formsprutningen blir en optisk parameter i svetsprocessen.

Glasfibrer. Förstärkningsfibrer minskar transmissionen huvudsakligen genom spridning, inte absorption. Studier på kortglasfiberförstärkt PA6 visar att den transmitterade laserenergin sjunker från cirka 70 % till cirka 20 % när fiberhalten ökar från 0 till 63 vikts-%; mellan 0 och 50 vikts-% ökar den spridda andelen med upp till cirka 50 %. Fiberorienteringen spelar också roll i praktiken: den effektiva spridningen skiljer sig mellan flödesorienterade områden och svetslinjeområden.

Mineraliska fyllmedel. Talk, krita och glaskulor minskar transmissionen betydligt mer än glasfibrer vid samma masshalt. Glaskulor kan förhindra transmissionssvetsning även vid små godstjocklekar.

Pigment. Opaka vita pigment, i synnerhet titandioxid, är i stort sett uteslutna för laserstransparenta delar, eftersom deras spridning endast är svagt våglängdsberoende och verkar på liknande sätt i NIR-området som i det synliga området. Kimrök i den absorberande partnern är däremot önskvärt; masshalter på endast 0,05 till 0,5 % genererar redan tillräcklig absorption.

Godstjocklek. För spridande material ökar transmissionsförlusten snabbare än vad en ren absorptionsmodell skulle förutsäga, eftersom multipel spridning oproportionerligt ökar fotonens genomsnittliga väglängd. För starkt spridande material som POM eller PBT begränsar detta i praktiken den transparenta partnerns tjocklek till några få millimeter; för PEEK är gränsen ännu lägre.

Geometri och infallsvinkel. Vid böjda ytor och radiella fogar träffar strålningen snett. Den bestrålade väglängden ökar med 1/cos θ, medan Fresnels reflektans samtidigt ökar med infallsvinkeln. Båda effekterna minskar den effekt som når fogen utan någon förändring i materialet. Transmissionstester på rotationssymmetriska delar bör därför utföras i den faktiska processgeometrin.

Den enklaste kvantitativa beskrivningen av transmission kombinerar Fresnels gränsytreflektion med Beer-Lamberts volymabsorption:

T = (1 − R)² · e^{(−α · d)}

där

• T transmittans (dimensionslös)
• R reflektans för en gränsyta vid normal infallsvinkel, R = ((n − 1)/(n + 1))²
• n brytningsindex för polymeren (PA6: ≈ 1,53; PC: ≈ 1,58; PMMA: ≈ 1,49)
• α absorptionskoefficient i mm⁻¹ vid processvåglängden
• d bestrålad tjocklek i mm

Konsekvens av Fresnel-termerna. För PA6 med n = 1,53 blir R ≈ 4,4 % per gränsyta. Även en helt absorptionsfri, icke-spridande del uppnår därför endast T ≈ 91,4 %. Transmissionskrav över detta värde är fysiskt omöjliga att uppnå för obehandlade plastytor.

Modellens antaganden. Beer-Lamberts lag förutsätter ett homogent, icke-spridande medium, monokromatisk strålning, kollimerad utbredning och en linjär interaktion. Den gäller därför i tillnärmning för amorfa, ofyllda termoplaster.

Begränsningar. Så snart spridning uppträder – vilket i praktiken gäller nästan alla semikristallina, fyllda eller pigmenterade material – beskriver α inte längre bara absorption, utan blir en effektiv extinktionskoefficient µ_ext = µ_a + µ_s som kombinerar absorption och spridning. Denna distinktion är processkritisk: absorberad strålning går förlorad för fogplanet, medan spridd strålning fortfarande når det, bara rumsligt utspridd. En mätning som endast fångar den kollimerade andelen kan inte återge energibalansen. En fysikaliskt korrekt beskrivning kräver strålningstransportekvationen – i praktiken approximerad med tvåflödesmodeller av Kubelka-Munk-typ, eller med Monte Carlo- och ray-tracing-metoder – för att dela upp strålningen i absorberade, framåt- och bakåtspridda andelar.

Praktisk konsekvens. För spridande material är ett enskilt transmittansvärde bara en meningsfull processparameter om mätgeometrin liknar processgeometrin: samma våglängdsområde, en jämförbar strålediameter, en definierad detektorapertur och ett definierat avstånd mellan delens undersida och detektorn. Just därför kräver processtandarder att mätprincipen anges – effektmätning, fotometrisk eller spektral mätning.

1. Antaganden. Konturssvetsning av ett hölje av PA6-GF30, väggtjocklek 2 mm, 980 nm-diodlaser, optisk uteffekt P₀ = 40 W, spotdiameter i fogplanet d_S = 1,5 mm, matningshastighet v = 100 mm/s. Frisläppningsvärde för transmittans T₁ = 42 %; i ett område med lokal fiberanhopning uppmäts T₂ = 30 %.

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

3. Beräkning

4. Resultat. En sänkning av transmissionen med 12 procentenheter minskar den tillgängliga energin i fogplanet med cirka 29 %.

5. Teknisk tolkning. På pappret skulle förlusten kunna kompenseras genom att höja uteffekten till cirka 56 W eller sänka matningshastigheten till cirka 71 mm/s. De två vägarna är dock inte likvärdiga: högre effekt höjer topptemperaturen i absorbatorn och därmed risken för termisk skada och utgasning; en lägre matningshastighet förlänger värmeledningstiden och breddar den värmepåverkade zonen. Kompensationen är inte heller exakt linjär, eftersom smältskiktets tjocklek också beror på värmeledning. I stället för en generell höjning av parametrarna är ett rumsupplöst transmissionstest den bättre vägen – det möjliggör antingen positionsberoende effektstyrning eller att detaljen sorteras bort före fogning.

Följande kalkylator låter dig utvärdera dina egna mätvärden: den tar effekten före och efter provet och returnerar transmission, förlust, dämpning i decibel och optisk densitet. Vid T₁ = 42 % är det ungefär 3,8 dB – sänkningen till 30 % motsvarar 5,2 dB, alltså goda 1,4 dB mer dämpning i strålgången. Omvandlingen gäller per våglängd; uppmätta effekter inkluderar Fresnelförlusterna vid båda gränsytorna.

Fordonsindustri och elektromobilitet. Sensorhus, ECU-kåpor, expansionskärl och vätskefördelare sammanfogas huvudsakligen av glasfiberförstärkta polyamider och PBT. Det som är avgörande här är batch- och positionsberoende variation i fiberhalt, eftersom samma systemparametrering måste fungera under flera månader trots skiftande materialbatcher. Den kritiska processstorheten är transmissionsprofilen längs den cirkulära svetsfogen, inte medelvärdet.

Medicinteknik och in-vitro-diagnostik. Mikrofluidiska kassetter innehåller kanaler som är några hundra mikrometer breda. En för bred smältzon förträngar eller blockerar kanalen. Eftersom fogen inte kan bedömas fullständigt oförstörande efter sammanfogningen förskjuts kvalitetssäkringen till materialfrisläppningen. Det som är avgörande är mätningens spatiala upplösning och mätkedjans spårbarhet.

Elektronik och sensorer. För hermetiskt tillslutna hus avgör fogkvaliteten kapslingsklassen och därmed motståndet mot fukt och media – reproducerbarheten av energitillförseln längs hela konturen är avgörande även inom elektronik- och halvledartillverkning, särskilt vid hörn, där interaktionstiden ändras med banans retardation.

Optik och fotonik. För ljusledare, linshållare och kåpor av PC eller PMMA gäller ett dubbelt krav: hög NIR-transmission för sammanfogningsprocessen och definierad transmission inom det avsedda spektralområdet – samma dubbla krav som gäller för optiska precisionskomponenter. Båda storheterna måste testas separat, eftersom de avser olika våglängdsområden.

Förpackningar och konsumentvaror. Vid sammanfogning av tunna folier och halvfabrikat dominerar tjockleksberoendet: för PA6/PP-folielaminat sjunker den uppnåbara svetshastigheten avsevärt när folietjockleken ökar, eftersom mer material måste smälta och termoplasternas låga värmeledningsförmåga begränsar processtiden.

Forskning och materialutveckling. Vid utveckling av lasertransparenta compounder är den spektralt upplösta transmissionen från 600 till 2000 nm den centrala utvärderingsstorheten, eftersom den visar om en formuleringsändring har påverkat absorption eller spridning.

Två transparenta fogpartners. Absorberfri svetsning vid våglängder mellan cirka 1500 och 2000 nm utnyttjar polymerens egen absorption. Energin deponeras då inte vid gränsytan utan över en volym; fokuspositionen avgör smältzonens läge. Transmissionstestning måste här utföras vid den faktiska processvåglängden, eftersom de optiska egenskaperna skiljer sig fundamentalt från dem vid 980 nm. Alternativt används NIR-absorbatorer som är transparenta i det synliga området som ett tunt mellanskikt i fogspalten.

Visuellt svarta, transparenta delar. Färgämnessystem utan kimrök möjliggör visuellt djupsvarta delar med hög NIR-transmission. Frisläppning av sådana compounds är endast möjlig genom en NIR-transmissionsmätning; en visuell bedömning är systematiskt missvisande.

Starkt spridande material. För POM, PBT och högt fyllda compounds är tjockleken på den transparenta partnern i praktiken begränsad till en eller två millimeter. Anpassade bestrålningsstrategier – såsom strålformning till en flat-top- eller dubbeltoppig intensitetsprofil, eller flera genomgångar – kompenserar delvis för den spridningsinducerade breddningen.

Stora variationer i väggtjocklek. För delar med varierande väggtjocklek längs sömmen är positionsberoende effektstyrning värdefull. Den bygger på en transmissionsprofil som mätts i förväg och matats in i bankontrollern.

Vilken storhet? Det som behövs är transmittansen hos den lasertransparenta fogningspartnern vid processvåglängden, angiven tillsammans med detaljtjockleken vid mätstället. För materialutveckling och felanalys krävs dessutom spektralt upplöst transmission; för seriekontroll räcker det oftast med en mätning vid en enda våglängd – de underliggande storheterna sammanfattas i översikten över radiometriska storheter.

Var ska man mäta? På detaljen, i fogningsgeometrin och längs den planerade svetskonturen. Ett mätrutnät längs sömmen avslöjar fiberanhopning, svetslinjer och väggtjockleksövergångar som en enskild mätpunkt skulle missa.

Vilka mätosäkerheter spelar roll?

• Drift hos ljuskällan på grund av åldring och temperatur – kan begränsas med en dubbelstråledesign och en intern referensdiod
• Omgivande ljus i produktionsmiljön – kan reduceras genom modulerade källor och synkron detektion
• Positioneringsosäkerhet hos provet – ofta det dominerande bidraget för spridande detaljer, kan endast styras med en detaljspecifik, repeterbar fixtur
• Definition av detektoraperturens öppning och avstånd – avgör vilken spridd andel som fångas upp
• Metrologisk spårbarhet för avläsningen – via referensmål med känd transmittans och kalibrering på ett laboratorium ackrediterat enligt ISO/IEC 17025

När räcker en bredbandig mätning eller en mätning vid en enda våglängd? För godkända föreningar med känd spektral profil räcker det att mäta vid processvåglängden, eftersom endast avvikelser från ett känt tillstånd behöver upptäckas.

När krävs en spektral mätning? Vid material- eller formuleringsbyte, färgämnesbyte, reklamationsanalys och absorberfria processer. Endast ett spektrum visar om en förändring i transmission beror på ytterligare absorptionsband eller på förändrad spridning – det förra kan undvikas genom att välja en annan våglängd, det senare kan inte.

När behövs rumsligt eller tidsupplösta mätningar? Rumsligt upplöst för varje detalj med ojämn fiberfördelning eller varierande väggtjocklek, samt för sömbredder under cirka en millimeter. Tidsupplöst för processer med termisk återkoppling, där de optiska egenskaperna förändras under svetsningen.

I serieproduktion blir transmissionskontroll allt oftare inte ett laboratoriesteg utan ett tillverkningssteg före fogningen.

Föregående detaljinspektion. Ett mätsystem följer svetskonturen – definierad manuellt eller hämtad från CAD-data – och tar fram en transmissionsprofil. Den tekniska betydelsen ligger inte i dataöverföringen, utan i att en detalj kan sorteras bort innan det irreversibla fogningssteget. Det förhindrar att två detaljer limmas ihop när en av dem inte är svetsbar.

Adaptiv effektstyrning. Om transmissionsprofilen skickas till systemstyrningen kan lasereffekten justeras position för position så att linjeenergin i fogplanet hålls konstant, istället för den inställda uteffekten. Det flyttar styrvariabeln från en systemparameter till den fysikaliskt verksamma storheten.

Processövervakning. Pyrometri och värmekameror registrerar yttemperaturen under svetsningen. För absorberfria processer med strålning vid längre våglängd är detta begränsat, eftersom processens strålning spektralt överlappar den termiska strålning som mäts. Fogbaneövervakning vid kvasi-simultan svetsning ger istället ett direkt mekaniskt mått på den smälta volymen.

Dataåterkoppling och spårbarhet. Att koppla samman detaljidentifiering, transmissionsprofil och svetsparametrar möjliggör statistisk processtyrning över batcher och avslöjar materialdrift innan den orsakar kassation. För reglerade branscher är detta också en del av den erforderliga processvalideringen.

Först efter att dessa punkter har klarlagts görs valet av instrument: klämtypsprocessfotometrar för produktionslinjens kontroll vid en enda våglängd av plana detaljytor, spektrofotometrar med integrerande sfär för att bestämma riktad och diffus transmission på materialprover, samt ackrediterad kalibrering för att säkerställa spårbarhet genom hela mätkedjan.

Spridning som dominerande förlustmekanism i fyllda termoplaster. Denna studie undersökte hur väggtjocklek, glasfiberinnehåll och kristallinitet förändrar ljusspridning vid lasertransmissionssvetsning. Den separerar absorptions- och spridningsandelar experimentellt och visar att förlusten av transmission i förstärkta polyamider huvudsakligen beror på spridning snarare än absorption – ett resultat som förklarar varför en ökning av effekten inte återställer sömkvaliteten. Xu, Parkinson, Bates, Zak (2015), Optics & Laser Technology 75, 123–131

Bestrålningsstrategier för starkt spridande material. Denna studie undersökte anpassade bestrålningsstrategier för polymerer med hög volymspridning. Den visar att processfönstret kan breddas genom att anpassa intensitetsfördelningen när spridningsegenskaperna hos den transparenta partnern är kända i förväg. Frick, Schkutow (2018), Procedia CIRP 74, 538–543

En systematisk översikt av bestrålningsvarianter. Denna översikt rangordnar kontur-, kvasi-simultan-, simultan- och masksvetsning, tillsammans med nyare strategier, efter deras energetiska och termiska egenskaper, och klargör vilka material- och geometriförhållanden som gynnar vilken variant. Acherjee (2021), Optics & Laser Technology 137, 106737

En översikt över material och processer med optiska parametrar. Denna översikt sammanfattar strålkällor, material, processvarianter och kvalitetsegenskaper, och innehåller jämförande värden för penetrationsdjup för olika termoplaster vid 940 nm, 1064 nm och 1550 nm – en användbar grund för val av våglängd. Gonçalves, Duarte, Martins, Paiva (2021), Infrared Physics & Technology 119, 103931

Modellering av temperaturfält och spridning. Denna översikt utvärderar numeriska modeller för temperaturfält, spänningsfält, smältflöde och termisk nedbrytning, och visar att modeller som ignorerar ljusspridning systematiskt överskattar toppintensitet och underskattar sömbredd. Hu, Li, Zuo (2023), Polymers 15, 2125

1. DVS 2243 (2014): Laserstrålsvetsning av termoplaster (endast på tyska). DVS Media, Düsseldorf – processstandarden som täcker utrustning, processteknik och kvalitetssäkring.
2. DVS 2243 Bilaga 1 (2007): Bestämning av transmittansen hos den laser­transparenta fogpartnern vid lasertransmissions­svetsning av termoplaster (endast på tyska). DVS Media, Düsseldorf – definierar mätprinciperna för effektmätning, fotometrisk och spektral mätning samt storheterna R, T och A.
3. DIN EN ISO 13468-1/-2: Plast – Bestämning av total ljustransmittans hos transparenta material. Normativ grund för transmissionsmätningar i det synliga spektralområdet; endast delvis överförbar till NIR-processvåglängder.
4. DIN EN ISO/IEC 17025:2018-03: Allmänna krav på kompetens hos provnings- och kalibreringslaboratorier. Grunden för metrologisk spårbarhet hos transmissionsmätvärden och referensstandarder.
5. Acherjee (2021), Optics & Laser Technology 137, 106737, och Xu et al. (2015), Optics & Laser Technology 75, 123–131 – peer-granskad bakgrund om bestrålningsstrategier och spridning.
6. Gonçalves et al. (2021), Infrared Physics & Technology 119, 103931, och Hu, Li, Zuo (2023), Polymers 15, 2125 – översikts- och modelleringsarbete om material, våglängdsval och spridningsmodeller.

Marknadssiffrorna i avsnittet om laserteknikens utveckling bygger på kommersiella marknadsstudier om plastlasersvetsning, refererade till 2025 med en prognoshorisont till 2032; de tjänar som en storleksordning, inte som en exakt siffra.

Hur mäts transmittansen vid lasertransmissionssvetsning?
Det som mäts är förhållandet mellan den strålningseffekt som passerar genom detaljen och den infallande effekten, vid processvåglängden. Vanliga metoder är effektmätning, fotometrisk mätning vid en enda våglängd samt spektral mätning. Mätvärdet gäller endast för den specifika detaljtjockleken, mätgeometrin och detektoraperturen som använts, och är inte jämförbart utan att dessa anges.

Vilken våglängd är rätt för transmissionsmätning?
Det avgörande är den senare processvåglängden. För diodlaserprocesser har 980 nm blivit referensen eftersom den ligger inom det industriellt dominerande området 800 till 1100 nm. För absorbatorfria processer vid 1500 till 2000 nm är en mätning vid 980 nm inte meningsfull, eftersom andra absorptionsmekanismer gäller där.

Vilken transmittans krävs?
Det finns inget universellt gränsvärde, eftersom den nödvändiga transmittansen beror på lasereffekt, matningshastighet, spotstorlek och absorbatorns egenskaper. I praktiken eftersträvas ofta värden över 20 till 30 %. Det är mer meningsfullt att härleda kravet ur den linjeenergi som behövs i fogplanet än ur en generell siffra.

Varför svetsar lasern inte trots tillräcklig effekt?
I de flesta fall når en alltför liten andel av strålningen fogplanet. Orsaker är bland annat spridning från kristalliter, glasfibrer eller pigment, en alltför stor bestrålad väggtjocklek, Fresnelreflexioner vid gränsytorna eller en fogspalt som avbryter värmeledningen in i den transparenta partnern. Den inställda uteffekten säger ingenting om detta.

Vad är skillnaden mellan riktad och diffus transmission?
Riktad transmission fångar endast den nästan oavböjda andelen; total transmission omfattar dessutom den spridda andelen, mätt med en integrerande sfär. För spridande material avviker de två värdena avsevärt. Total transmission beskriver energibalansen; den aperturbegränsade mätningen beskriver den intensitet som är verksam inom svetsens tvärsnitt.

Hur påverkar glasfibrer lasertransparensen?
Glasfibrer minskar transmissionen främst genom spridning. I kortglasfiberförstärkt PA6 sjunker den transmitterade laserenergin från cirka 70 % till omkring 20 % när fiberhalten stiger till 63 vikt-%. Den lokala fiberorienteringen ger ytterligare en effekt, vilket är anledningen till att transmissionsskillnader uppträder inom en och samma formsprutade detalj.

Varför kan ett datablad inte ersätta en mätning på detaljen?
Datablad anger värden för standardplattor med definierad tjocklek. I den verkliga detaljen förändrar ingjutspunktens läge, flödesväg, flytlinjer, verktygstemperatur och väggtjockleksvariation kristalliniteten och fiberfördelningen. Resultatet är transmissionsskillnader inom en och samma detalj, som endast en rumsupplöst mätning längs svetskonturen avslöjar.

När är en spektral transmissionsmätning nödvändig?
Vid material- eller formuleringsändringar, ändrade färgmedel, reklamationsanalys samt för absorbatorfria processer. Endast ett spektrum visar om en förändring av transmissionen beror på ytterligare absorption eller på ändrad spridning. Absorption kan undvikas genom val av en annan våglängd; spridning kan endast åtgärdas genom formulering, bearbetning eller detaljtjocklek.

Frågan om hur mycket strålning ett material transmitterar uppstår även på grannområdet: optik och precisionskomponenter omfattar transmission och spridning vid optiska ytor, inom fordonsindustrin fogas plastdelar samman med samma processer, och additiv tillverkning bidrar med en materialklass vars spridning beror på byggriktningen. Angränsande fogningsprocesser och delklasser omfattas av UV-limning, gjutning och inkapsling och elektronik och halvledare. Den fullständiga bilden finns i översikten UV-tillämpningar.

Transmittansen hos den laserstransparenta fogpartnern kan mätas vid den relevanta processvåglängden, i den verkliga detaljgeometrin och längs den planerade svetskonturen. Lämpliga instrument för detta är processfotometern ZPM för mätning vid en fast våglängd och spektrofotometern Cary 60 för spektralt upplöst transmission; för utformningen av mätkedjan – från val av våglängd via mätgeometrin till spårbar kalibrering – står applikationslaboratoriet till förfogande. Kontakta oss.