1998 LS 8.3 Schweißen, Löten und Kleben: Unterschied zwischen den Versionen

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=Schweißen, Löten und Kleben=
=Schweißen, Löten und Kleben=
Situation Brücke gebrochen.
Möglichkeiten: Schweißen/Löten und Kleben?


== Verbinden/Fügen ==
== Verbinden/Fügen ==
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--- BILD --- '''Kraftschlüssige Verbindungen''' sind Verbindungen, bei denen die Teile durch Reibungskraft zusammengehalten werden. Diese Reibungskraft entsteht durch das Zusammendrücken oder Klemmen der Teile, wodurch sie aneinander haften und sich nicht gegeneinander bewegen können.
--- BILD --- '''Kraftschlüssige Verbindungen''' sind Verbindungen, bei denen die Teile durch Reibungskraft zusammengehalten werden. Diese Reibungskraft entsteht durch das Zusammendrücken oder Klemmen der Teile, wodurch sie aneinander haften und sich nicht gegeneinander bewegen können.


== Schweißen ==
== Laserschweißen ==
--- BILD --- Schweißen ist ein Verfahren zur unlösbaren Verbindung von Werkstoffen, bei dem durch Wärmeeinwirkung (oft in Kombination mit Druck) die Materialien an den Verbindungsstellen aufgeschmolzen und miteinander verschmolzen werden. Dabei entsteht eine stoffschlüssige Verbindung, die nahezu so stark wie das Ausgangsmaterial ist.
--- BILD --- Schweißen ist ein Verfahren zur unlösbaren Verbindung von Werkstoffen, bei dem durch Wärmeeinwirkung (oft in Kombination mit Druck) die Materialien an den Verbindungsstellen aufgeschmolzen und miteinander verschmolzen werden. Dabei entsteht eine stoffschlüssige Verbindung, die nahezu so stark wie das Ausgangsmaterial ist.


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Die Anschaffungskosten für Laserschweißanlagen sind sehr hoch. Die Laserquelle, Strahlführungssysteme und die erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen machen diese Technologie zu einer teuren Investition. Dies kann insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen eine Hürde darstellen. Neben den hohen Anschaffungskosten können auch die Wartungs- und Betriebskosten erheblich sein. Laserquellen und die damit verbundenen Systeme erfordern regelmäßige Wartung, um eine optimale Leistung sicherzustellen. Zudem können Ersatzteile und Verbrauchsmaterialien teuer sein.
Die Anschaffungskosten für Laserschweißanlagen sind sehr hoch. Die Laserquelle, Strahlführungssysteme und die erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen machen diese Technologie zu einer teuren Investition. Dies kann insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen eine Hürde darstellen. Neben den hohen Anschaffungskosten können auch die Wartungs- und Betriebskosten erheblich sein. Laserquellen und die damit verbundenen Systeme erfordern regelmäßige Wartung, um eine optimale Leistung sicherzustellen. Zudem können Ersatzteile und Verbrauchsmaterialien teuer sein.


Laserschweißen erfordert präzise Bauteiltoleranzen und eine exakte Positionierung der zu schweißenden Teile. Abweichungen können die Qualität der Schweißnaht beeinträchtigen oder sogar zu Fehlverbindungen führen. Dies erfordert eine hohe Genauigkeit bei der Herstellung und Positionierung der Bauteile. Das Laserschweißen ist oft auf dünnere Materialien beschränkt. Bei sehr dicken Werkstücken kann die Eindringtiefe des Laserstrahls unzureichend sein, was die Anwendung dieses Verfahrens einschränkt. Für dicke Materialien müssen alternative Schweißverfahren in Betracht gezogen werden.


Das Arbeiten mit Hochleistungslasern erfordert strenge Schutzmaßnahmen, um die Sicherheit der Bediener zu gewährleisten. Laserstrahlen können gefährlich sein und erfordern spezielle Schutzbrillen, Abschirmungen und Sicherheitsprotokolle, um das Risiko von Verletzungen zu minimieren. Die Qualität der Schweißnaht kann stark von der Oberflächenbeschaffenheit der Werkstücke abhängen. Verschmutzungen, Oxidschichten oder ungleichmäßige Oberflächen können die Effektivität des Laserschweißens beeinträchtigen und zu unzureichenden Verbindungen führen. Eine gründliche Vorbehandlung der Werkstücke ist daher oft notwendig.
=== Funktionsweise ===
--- Grafik Bilderserie ---
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Laserschweißen erfordert eine genaue Kontrolle der Prozessparameter, wie Laserleistung, Schweißgeschwindigkeit und Fokuslage. Kleinste Abweichungen können die Qualität der Schweißnaht beeinflussen. Dies erfordert hochentwickelte Überwachungssysteme und Fachkenntnisse, um konsistente Ergebnisse zu erzielen.
Der Laserstrahl führt der Materialoberfläche an der Auftreffstelle mehr Energie zu, als durch Wärmeleitung im Material abgeführt werden kann. Dadurch entsteht ein Wärmestau im Material, das örtlich begrenzt aufgeschmolzen wird. Der Wärmestau ist abhängig von der Leistungsdichte des Laserstrahls und den Eigenschaften des Werkstoffes. Er ist umso größer, je mehr Energie (Wärmemenge) pro Zeiteinheit (Pulsleistung) während der Einwirkdauer des Laserstrahls in das Material abgegeben wird und je kleiner die Einwirkfläche (Schweißdurchmesser) des Laserstrahls ist.Wegen der geringen Wärmeeinflusszone kann das Laserschweißen neben dem Schweißpunkt in unmittelbarer Nähe von Keramik- oder Kunststoffverblendungen ausgeführt werden. In der Zahntechnik verwendet man als Laserschweißgeräte sogenannte Festkörper-Laser. Das sind optisch gepumpte quantenelektronische Verstärker mit elektrisch nichtleitenden, dotierten Kristallen als aktives Medium (Laseraggregat). Damit werden die hochfrequenten Schwingungen mit Hilfe von gespeicherter Energie phasenrichtig verstärkt. Das Laseraggregat ist bei einem Festkörper-Laser das aktive Medium in Form elektrisch nichtleitender, dotierter Kristalle, die hochfrequente Schwingungen phasenrichtig verstärken können. Die Kristalle bestehen aus synthetisch hergestelltem, mit dreiwertigen Chromionen dotiertem Aluminiumoxid (Al2O3; Rubin) oder aus Yttrium-Alu-minium-Granat, das mit Neodym-Ionen dotiert wird. Ein Laser-Kristall besteht aus synthetisch hergestelltem, mit Chromionen dotiertem Aluminiumoxid (Rubinkristall). Das emittierte und verstärkte rote Licht hat die Wellenlänge 694 nm. Das optische Pumpen geschieht mit intensiven Lichtblitzen über eine Gasentladungslampe. Diese Lampe kann wendelförmig um den stabförmigen Rubinkristall geführt sein oder sie ist stabförmig in einer der beiden Brennlinien eines Reflektors mit spiegelnder Innenwand angebracht. Als Laserparameter bezeichnet man die einstellbaren Größen, die ein reproduzierbares Schweißergebnis ermöglichen. Bei Laserschweißgeräten lassen sich Laserparameter, wie Wellenlänge und Leistungsdichte des Laserstrahls, Emissionscharakteristik (Strahlung kontinuierlich, getaktet, gepulst), Impulslänge, Leistungsdichte, Impulsenergie, Impulsfrequenz und Fokussierung des Laserstrahls, festlegen. Das Laser-Schweißgerät (Heraeus-Laser Nd YAG) besteht aus dem Lasergerät und dem Arbeitsplatz, die über Glasfaserkabel zur verlustfreien Übertragung des Laserlichtes miteinander verbunden sind.


Zusammenfassend bietet das Laserschweißen präzise und hochwertige Schweißverbindungen, jedoch gibt es Nachteile wie hohe Anschaffungs- und Betriebskosten, empfindliche Bauteiltoleranzen, begrenzte Materialdicke und die Notwendigkeit von strengen Schutzmaßnahmen. Zudem sind die Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit und Prozesskontrolle hoch. Trotz dieser Nachteile bleibt das Laserschweißen in vielen Industrien aufgrund seiner Vorteile und Anwendungsvielfalt ein wichtiges Verfahren.
=== Funktionsweise ===
--- Grafik Bilderserie ---
https://www.dentaurum.de/files/989-850-10_2008-05.pdf
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=== Vorgehen ===
=== Vorgehen ===
Die Laserleistung und alle notwendigen Parameter sind einstellbar und lassen sich am Display überwachen. Jeder Schweißpunkt kann durch ein Stereomikroskop mit vielfacher Vergrößerung über ein Fadenkreuz angepeilt werden. Die Optik ist mit einem Blendschutz gesichert, der bei jedem kurzfristigen Schweißvorgang aktiviert wird, um eine Blendung durch die helle Schweißfackel zu vermeiden.
--- Bild diagonale Schweißpunkte / Wärmeeinflusszone ---
Zum Laserschweißen wird die Verbindungsstelle vorbereitet, indem die zu verbindenden Teile auf dem Modell verzugsund spannungsfrei zueinander (mit einem Schweißpunkt) fixiert werden. Der Schweißbereich muss frei von Loten sein. In jedem Schweißpunkt entstehen während der Abkühlung Spannungen und möglicherweise Rissbildungen, die zu kompensieren sind, indem die Schweißpunkte diagonal gesetzt werden, um die Spannung der vorherigen Schweißung auszugleichen.
https://www.dentaurum.de/files/989-850-10_2008-05.pdf
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== Löten ==
== Löten ==
Das Löten ist ein Verfahren zur Verbindung von Werkstoffen, bei dem ein zusätzliches Lotmaterial verwendet wird, das unterhalb der Schmelztemperatur der Grundwerkstoffe schmilzt. Dadurch bleiben die Grundwerkstoffe selbst fest, und die Verbindung erfolgt durch das erstarrte Lot. Dieses Verfahren findet breite Anwendung in der Elektronik, der Sanitärtechnik und bei der Herstellung von Schmuck.
Das Löten ist ein Verfahren zur Verbindung von Werkstoffen, bei dem ein zusätzliches Lötmaterial verwendet wird, das unterhalb der Schmelztemperatur der Grundwerkstoffe schmilzt. Dadurch bleiben die Grundwerkstoffe selbst fest, und die Verbindung erfolgt durch das erstarrte Lot. Dieses Verfahren findet breite Anwendung in der Elektronik, der Sanitärtechnik und bei der Herstellung von Schmuck.


Beim Löten wird das Lotmaterial, das meist aus einer Metalllegierung besteht, erhitzt, bis es schmilzt. Das flüssige Lot wird dann zwischen die zu verbindenden Werkstücke gebracht. Die Lötstellen werden ebenfalls erhitzt, jedoch nicht bis zur Schmelztemperatur des Grundwerkstoffs. Das geschmolzene Lot benetzt die Oberflächen der Werkstücke und fließt in die Lötstelle, wobei es durch Kapillarwirkung verteilt wird. Nach dem Erstarren des Lots entsteht eine feste Verbindung zwischen den Werkstücken.
Beim Löten wird das Lötmaterial, das meist aus einer Metalllegierung besteht, erhitzt, bis es schmilzt. Das flüssige Lot wird dann zwischen die zu verbindenden Werkstücke gebracht. Die Lötstellen werden ebenfalls erhitzt, jedoch nicht bis zur Schmelztemperatur des Grundwerkstoffs. Das geschmolzene Lot benetzt die Oberflächen der Werkstücke und fließt in die Lötstelle, wobei es durch Kapillarwirkung verteilt wird. Nach dem Erstarren des Lots entsteht eine feste Verbindung zwischen den Werkstücken.


Es gibt verschiedene Lötverfahren, die sich in der Anwendung und den eingesetzten Materialien unterscheiden. Beim Weichlöten, das meist bei Temperaturen unter 450 °C durchgeführt wird, werden Materialien wie Zinn-Blei- oder Zinn-Kupfer-Legierungen verwendet. Es wird häufig in der Elektronik eingesetzt, um empfindliche Bauteile zu verbinden. Beim Hartlöten, das bei höheren Temperaturen über 450 °C durchgeführt wird, kommen Legierungen wie Kupfer-Zink oder Silber-Kupfer zum Einsatz. Dieses Verfahren wird oft in der Sanitärtechnik und bei der Verbindung von Metallrohren verwendet.
Es gibt verschiedene Lötverfahren, die sich in der Anwendung und den eingesetzten Materialien unterscheiden. Beim Weichlöten, das meist bei Temperaturen unter 450 °C durchgeführt wird, werden Materialien wie Zinn-Blei- oder Zinn-Kupfer-Legierungen verwendet. Es wird häufig in der Elektronik eingesetzt, um empfindliche Bauteile zu verbinden. Beim Hartlöten, das bei höheren Temperaturen über 450 °C durchgeführt wird, kommen Legierungen wie Kupfer-Zink oder Silber-Kupfer zum Einsatz. Dieses Verfahren wird oft in der Sanitärtechnik und bei der Verbindung von Metallrohren verwendet.
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Obwohl das Löten viele Vorteile bietet, gibt es auch einige Nachteile, die je nach Anwendungsfall berücksichtigt werden müssen.
Obwohl das Löten viele Vorteile bietet, gibt es auch einige Nachteile, die je nach Anwendungsfall berücksichtigt werden müssen.


Die Verbindungen, die durch Löten hergestellt werden, sind in der Regel weniger stark als geschweißte Verbindungen. Das Lotmaterial hat oft eine geringere Festigkeit und Tragfähigkeit als die Grundwerkstoffe, was die Belastbarkeit der Lötstelle einschränken kann. Lötverbindungen sind zudem weniger temperaturbeständig als Schweißverbindungen. Bei hohen Temperaturen kann das Lotmaterial erweichen oder schmelzen, was die Integrität der Verbindung beeinträchtigt. Dies kann insbesondere in Umgebungen mit hohen thermischen Belastungen problematisch sein.
Die Verbindungen, die durch Löten hergestellt werden, sind in der Regel weniger stark als geschweißte Verbindungen. Das Lötmaterial hat oft eine geringere Festigkeit und Tragfähigkeit als die Grundwerkstoffe, was die Belastbarkeit der Lötstelle einschränken kann. Lötverbindungen sind zudem weniger temperaturbeständig als Schweißverbindungen. Bei hohen Temperaturen kann das Lötmaterial erweichen oder schmelzen, was die Integrität der Verbindung beeinträchtigt. Dies kann insbesondere in Umgebungen mit hohen thermischen Belastungen problematisch sein.


Lötstellen können anfällig für Korrosion sein, insbesondere wenn unedle Lotmaterialien verwendet werden. Die Korrosionsbeständigkeit der Lötstelle kann geringer sein als die der Grundwerkstoffe, was zu einer verminderten Lebensdauer der Verbindung führen kann. Während das Löten in der Elektronik weit verbreitet ist, können Lötverbindungen unerwünschte elektrische Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise können Lötstellen unerwünschte Widerstände oder parasitäre Kapazitäten einführen, die die elektrische Leistung beeinflussen.
Lötstellen können anfällig für Korrosion sein, insbesondere wenn unedle Lötmaterialalien verwendet werden. Die Korrosionsbeständigkeit der Lötstelle kann geringer sein als die der Grundwerkstoffe, was zu einer verminderten Lebensdauer der Verbindung führen kann. Während das Löten in der Elektronik weit verbreitet ist, können Lötverbindungen unerwünschte elektrische Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise können Lötstellen unerwünschte Widerstände oder parasitäre Kapazitäten einführen, die die elektrische Leistung beeinflussen.


Lötverbindungen erfordern eine sorgfältige Vorbereitung der Oberflächen. Die Werkstücke müssen sauber und frei von Oxiden, Fett und anderen Verunreinigungen sein, um eine gute Benetzung und Haftung des Lotes zu gewährleisten. Dies kann zusätzlichen Aufwand in der Produktion bedeuten. Einige Lotmaterialien, insbesondere solche, die Blei enthalten, können umwelt- und gesundheitsschädlich sein. Bleihaltige Lote sind toxisch und erfordern besondere Vorsichtsmaßnahmen beim Umgang und der Entsorgung. Daher sind bleifreie Lote in vielen Anwendungen vorgeschrieben, was die Auswahl der Materialien einschränken kann.
Lötverbindungen erfordern eine sorgfältige Vorbereitung der Oberflächen. Die Werkstücke müssen sauber und frei von Oxiden, Fett und anderen Verunreinigungen sein, um eine gute Benetzung und Haftung des Lotes zu gewährleisten. Dies kann zusätzlichen Aufwand in der Produktion bedeuten. Einige Lötmaterialalien, insbesondere solche, die Blei enthalten, können umwelt- und gesundheitsschädlich sein. Bleihaltige Lote sind toxisch und erfordern besondere Vorsichtsmaßnahmen beim Umgang und der Entsorgung. Daher sind bleifreie Lote in vielen Anwendungen vorgeschrieben, was die Auswahl der Materialien einschränken kann.


Das Reparieren oder Überarbeiten von Lötverbindungen kann kompliziert sein. Beim erneuten Erhitzen kann es schwierig sein, das Lot gleichmäßig zu entfernen oder neu aufzutragen, ohne die angrenzenden Bauteile oder Verbindungen zu beschädigen.
Das Reparieren oder Überarbeiten von Lötverbindungen kann kompliziert sein. Beim erneuten Erhitzen kann es schwierig sein, das Lot gleichmäßig zu entfernen oder neu aufzutragen, ohne die angrenzenden Bauteile oder Verbindungen zu beschädigen.
Während des Lötvorgangs bleibt der Grundwerkstoff fest, erwärmt sich aber nahe dem Soliduspunkt, was zu einer Gittererweiterung und Wärmespannungen führen kann. In flüssigem Lot sind die Atome beweglich und dringen an den Korngrenzen in das geweitete Gitter des Grundwerkstoffs ein. Diffusion führt dazu, dass die unedlen Lotbestandteile in die Grenzschicht eindringen und diese Zone mit unedlen Komponenten anreichern, während das Lot edler wird.
Beim Abkühlen erstarren die Lotatome im Grundwerkstoff, wodurch eine Legierung in der Randzone entsteht. Die Lotnaht erhält durch die Diffusion und Vermischung neue Eigenschaften: Der Schmelzpunkt der Lotnaht steigt und ihre Korrosionsbeständigkeit verbessert sich. Die Härte der Lotnaht zeigt eine günstige Festigkeitsverteilung, mit einem kontinuierlichen Härteabfall vom Grundwerkstoff zur Lotnaht, aber einem Härteanstieg in der Diffusionszone.
Die Güte einer Lotnaht hängt vom Diffusionsgrad ab, der größer ist, je geringer der Temperaturunterschied zwischen Lot und Grundwerkstoff ist, je länger die Arbeitstemperatur gehalten wird und je ähnlicher die Legierungsstrukturen von Lot und Grundwerkstoff sind.
Die Qualität der Lotnaht kann durch den Zahntechniker beeinflusst werden durch:
*Auswahl des passenden Lotes
*Verwendung von wenig Lot
*Vermeidung des Zuschmierens der Lotnaht
*Gleichmäßige Erwärmung von Lotnaht und Werkstück
*Nachwärmen zur Erhöhung der Diffusion
*Langsames Abkühlen, niemals abschrecken
Für eine optimale Lotnaht müssen die Werkstücke parallel zueinander stehen und einen Abstand von 0,05 mm bis 0,2 mm haben, um eine Kapillarwirkung zu ermöglichen. Die Lötflächen sollten beschliffen und sauber sein. Ein Flussmittel hält die Lötstelle frei von Oxiden und Verunreinigungen.
Während des Lötens müssen die Werkstücke fixiert sein, um Verschiebungen zu verhindern. Ein Lötmodell ist oft erforderlich. Eine gleichmäßige Erwärmung des Lötblockes verhindert Wärmespannungen und Verzerrungen.
Die Ofenlötung bietet den Vorteil einer gleichmäßigen Durchwärmung, was die Gefahr von Spannungen und Verziehungen minimiert.


Zusammenfassend ist Löten ein vielseitiges und effektives Verfahren zur Verbindung von Werkstoffen, jedoch gibt es Einschränkungen bezüglich der mechanischen Festigkeit, Temperaturbeständigkeit und Korrosionsanfälligkeit der Lötstellen. Außerdem sind sorgfältige Vorbereitungen und Umweltaspekte zu berücksichtigen. Trotz dieser Nachteile bleibt Löten in vielen Bereichen unverzichtbar, insbesondere dort, wo Präzision und die Erhaltung der Materialeigenschaften entscheidend sind.
Zusammenfassend ist Löten ein vielseitiges und effektives Verfahren zur Verbindung von Werkstoffen, jedoch gibt es Einschränkungen bezüglich der mechanischen Festigkeit, Temperaturbeständigkeit und Korrosionsanfälligkeit der Lötstellen. Außerdem sind sorgfältige Vorbereitungen und Umweltaspekte zu berücksichtigen. Trotz dieser Nachteile bleibt Löten in vielen Bereichen unverzichtbar, insbesondere dort, wo Präzision und die Erhaltung der Materialeigenschaften entscheidend sind.

Aktuelle Version vom 2. Juni 2024, 18:01 Uhr

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Schweißen, Löten und Kleben

Situation Brücke gebrochen. Möglichkeiten: Schweißen/Löten und Kleben?


Verbinden/Fügen

Allgemeine Informationen Es gibt eine Vielzahl von Fällen, bei denen Zahntechnikerinnen und Zahntechniker Teile miteinander verbinden müssen. Eine Brücke, die gebrochen ist, eine Prothese bei der etwas abgebrochen ist, eine Konuskrone oder die Verbindunge von Primärteil und Sekundärteil bei Implantaten.

Man unterscheidet folgende Verbindungentechniken:

  • stoffschlüssige Verbindungen
  • formschlüssige Verbindungen
  • kraftschlüssige Verbindungen

--- BILD --- Stoffschlüssige Verbindungen sind eine Art der festen Verbindung zwischen zwei oder mehr Materialien, bei der die Verbindung durch das Verbinden der Werkstoffe selbst entsteht. Das bedeutet, dass die Materialien an der Verbindungsstelle so miteinander verbunden werden, dass sie eine einheitliche, durchgehende Struktur bilden.

--- BILD --- Formschlüssige Verbindungen sind Verbindungen, bei denen die Teile durch ihre Form so miteinander verbunden sind, dass sie nicht ohne weiteres voneinander getrennt werden können. Die Verbindung wird durch ineinandergreifende Formen erreicht, die eine Bewegung oder das Auseinanderfallen der Teile verhindern.

--- BILD --- Kraftschlüssige Verbindungen sind Verbindungen, bei denen die Teile durch Reibungskraft zusammengehalten werden. Diese Reibungskraft entsteht durch das Zusammendrücken oder Klemmen der Teile, wodurch sie aneinander haften und sich nicht gegeneinander bewegen können.

Laserschweißen

--- BILD --- Schweißen ist ein Verfahren zur unlösbaren Verbindung von Werkstoffen, bei dem durch Wärmeeinwirkung (oft in Kombination mit Druck) die Materialien an den Verbindungsstellen aufgeschmolzen und miteinander verschmolzen werden. Dabei entsteht eine stoffschlüssige Verbindung, die nahezu so stark wie das Ausgangsmaterial ist.

In der Zahntechnik wird häufig Laserschweißen genutzt. Das Laserschweißen ist ein modernes Schweißverfahren, bei dem ein Laserstrahl als Energiequelle verwendet wird, um Materialien zu verbinden. Dieses Verfahren ist besonders für präzise und hochqualitative Schweißnähte geeignet und wird häufig in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Elektronik- und Medizintechnikindustrie eingesetzt.

Ein Laserstrahl wird durch einen Laseroszillator erzeugt. Die häufig verwendeten Lasertypen sind CO2-Laser, Nd:YAG-Laser (Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat) und Faserlaser. Der Laserstrahl wird mittels Spiegeln und Linsen zum Schweißbereich geführt und auf einen sehr kleinen Punkt fokussiert, was eine hohe Energiedichte ermöglicht. Der fokussierte Laserstrahl trifft auf die Oberfläche der Werkstoffe und erwärmt diese lokal sehr stark. Die hohe Energiedichte des Laserstrahls führt zum Aufschmelzen des Materials.

Die aufgeschmolzenen Bereiche der Werkstoffe verschmelzen miteinander und bilden nach dem Erstarren eine feste Schweißnaht. Je nach Anwendungsfall kann das Verfahren im Durchschweißmodus oder im Tiefschweißmodus durchgeführt werden. Im Durchschweißmodus wird der Laserstrahl verwendet, um dünne Materialien vollständig zu durchdringen, während im Tiefschweißmodus tiefe und schmale Schweißnähte in dickeren Materialien erzeugt werden.

Das Laserschweißen bietet zahlreiche Vorteile. Der Laserstrahl kann sehr genau gesteuert werden, wodurch präzise Schweißnähte mit minimaler Wärmeeinflusszone möglich sind. Aufgrund der konzentrierten Energiezufuhr bleibt die Wärmeeinflusszone klein, was zu minimaler thermischer Verformung führt. Zudem ermöglicht das Verfahren schnelle Schweißprozesse, was die Produktivität erhöht. Laserschweißsysteme lassen sich gut in automatisierte Fertigungsprozesse integrieren, was die Automatisierbarkeit des Verfahrens unterstreicht. Weiterhin können verschiedene Materialien, einschließlich schwer schweißbarer Legierungen und dünner Bleche, miteinander verbunden werden.

Das Laserschweißen bietet viele Vorteile, doch es gibt auch einige Nachteile, die bei der Entscheidung für dieses Verfahren berücksichtigt werden müssen.

Die Anschaffungskosten für Laserschweißanlagen sind sehr hoch. Die Laserquelle, Strahlführungssysteme und die erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen machen diese Technologie zu einer teuren Investition. Dies kann insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen eine Hürde darstellen. Neben den hohen Anschaffungskosten können auch die Wartungs- und Betriebskosten erheblich sein. Laserquellen und die damit verbundenen Systeme erfordern regelmäßige Wartung, um eine optimale Leistung sicherzustellen. Zudem können Ersatzteile und Verbrauchsmaterialien teuer sein.


Funktionsweise

--- Grafik Bilderserie ---

Der Laserstrahl führt der Materialoberfläche an der Auftreffstelle mehr Energie zu, als durch Wärmeleitung im Material abgeführt werden kann. Dadurch entsteht ein Wärmestau im Material, das örtlich begrenzt aufgeschmolzen wird. Der Wärmestau ist abhängig von der Leistungsdichte des Laserstrahls und den Eigenschaften des Werkstoffes. Er ist umso größer, je mehr Energie (Wärmemenge) pro Zeiteinheit (Pulsleistung) während der Einwirkdauer des Laserstrahls in das Material abgegeben wird und je kleiner die Einwirkfläche (Schweißdurchmesser) des Laserstrahls ist.Wegen der geringen Wärmeeinflusszone kann das Laserschweißen neben dem Schweißpunkt in unmittelbarer Nähe von Keramik- oder Kunststoffverblendungen ausgeführt werden. In der Zahntechnik verwendet man als Laserschweißgeräte sogenannte Festkörper-Laser. Das sind optisch gepumpte quantenelektronische Verstärker mit elektrisch nichtleitenden, dotierten Kristallen als aktives Medium (Laseraggregat). Damit werden die hochfrequenten Schwingungen mit Hilfe von gespeicherter Energie phasenrichtig verstärkt. Das Laseraggregat ist bei einem Festkörper-Laser das aktive Medium in Form elektrisch nichtleitender, dotierter Kristalle, die hochfrequente Schwingungen phasenrichtig verstärken können. Die Kristalle bestehen aus synthetisch hergestelltem, mit dreiwertigen Chromionen dotiertem Aluminiumoxid (Al2O3; Rubin) oder aus Yttrium-Alu-minium-Granat, das mit Neodym-Ionen dotiert wird. Ein Laser-Kristall besteht aus synthetisch hergestelltem, mit Chromionen dotiertem Aluminiumoxid (Rubinkristall). Das emittierte und verstärkte rote Licht hat die Wellenlänge 694 nm. Das optische Pumpen geschieht mit intensiven Lichtblitzen über eine Gasentladungslampe. Diese Lampe kann wendelförmig um den stabförmigen Rubinkristall geführt sein oder sie ist stabförmig in einer der beiden Brennlinien eines Reflektors mit spiegelnder Innenwand angebracht. Als Laserparameter bezeichnet man die einstellbaren Größen, die ein reproduzierbares Schweißergebnis ermöglichen. Bei Laserschweißgeräten lassen sich Laserparameter, wie Wellenlänge und Leistungsdichte des Laserstrahls, Emissionscharakteristik (Strahlung kontinuierlich, getaktet, gepulst), Impulslänge, Leistungsdichte, Impulsenergie, Impulsfrequenz und Fokussierung des Laserstrahls, festlegen. Das Laser-Schweißgerät (Heraeus-Laser Nd YAG) besteht aus dem Lasergerät und dem Arbeitsplatz, die über Glasfaserkabel zur verlustfreien Übertragung des Laserlichtes miteinander verbunden sind.

https://www.dentaurum.de/files/989-850-10_2008-05.pdf

Vorgehen

Die Laserleistung und alle notwendigen Parameter sind einstellbar und lassen sich am Display überwachen. Jeder Schweißpunkt kann durch ein Stereomikroskop mit vielfacher Vergrößerung über ein Fadenkreuz angepeilt werden. Die Optik ist mit einem Blendschutz gesichert, der bei jedem kurzfristigen Schweißvorgang aktiviert wird, um eine Blendung durch die helle Schweißfackel zu vermeiden.

--- Bild diagonale Schweißpunkte / Wärmeeinflusszone --- Zum Laserschweißen wird die Verbindungsstelle vorbereitet, indem die zu verbindenden Teile auf dem Modell verzugsund spannungsfrei zueinander (mit einem Schweißpunkt) fixiert werden. Der Schweißbereich muss frei von Loten sein. In jedem Schweißpunkt entstehen während der Abkühlung Spannungen und möglicherweise Rissbildungen, die zu kompensieren sind, indem die Schweißpunkte diagonal gesetzt werden, um die Spannung der vorherigen Schweißung auszugleichen.


https://www.dentaurum.de/files/989-850-10_2008-05.pdf

Arbeits- und Gesundheitsschutz

https://sicheres-dentallabor.bgetem.de/dentallabor/keramik-modellraum/laser https://www.dentaurum.de/files/989-850-10_2008-05.pdf

Löten

Das Löten ist ein Verfahren zur Verbindung von Werkstoffen, bei dem ein zusätzliches Lötmaterial verwendet wird, das unterhalb der Schmelztemperatur der Grundwerkstoffe schmilzt. Dadurch bleiben die Grundwerkstoffe selbst fest, und die Verbindung erfolgt durch das erstarrte Lot. Dieses Verfahren findet breite Anwendung in der Elektronik, der Sanitärtechnik und bei der Herstellung von Schmuck.

Beim Löten wird das Lötmaterial, das meist aus einer Metalllegierung besteht, erhitzt, bis es schmilzt. Das flüssige Lot wird dann zwischen die zu verbindenden Werkstücke gebracht. Die Lötstellen werden ebenfalls erhitzt, jedoch nicht bis zur Schmelztemperatur des Grundwerkstoffs. Das geschmolzene Lot benetzt die Oberflächen der Werkstücke und fließt in die Lötstelle, wobei es durch Kapillarwirkung verteilt wird. Nach dem Erstarren des Lots entsteht eine feste Verbindung zwischen den Werkstücken.

Es gibt verschiedene Lötverfahren, die sich in der Anwendung und den eingesetzten Materialien unterscheiden. Beim Weichlöten, das meist bei Temperaturen unter 450 °C durchgeführt wird, werden Materialien wie Zinn-Blei- oder Zinn-Kupfer-Legierungen verwendet. Es wird häufig in der Elektronik eingesetzt, um empfindliche Bauteile zu verbinden. Beim Hartlöten, das bei höheren Temperaturen über 450 °C durchgeführt wird, kommen Legierungen wie Kupfer-Zink oder Silber-Kupfer zum Einsatz. Dieses Verfahren wird oft in der Sanitärtechnik und bei der Verbindung von Metallrohren verwendet.

Das Löten bietet mehrere Vorteile. Es ermöglicht die Verbindung von verschiedenen Materialien, die oft schwer schweißbar sind, wie beispielsweise unterschiedliche Metalle oder Metall-Keramik-Verbindungen. Da die Grundwerkstoffe nicht geschmolzen werden, bleibt ihre Struktur weitgehend unverändert, was die mechanischen Eigenschaften und die Maßhaltigkeit der Werkstücke erhält. Zudem lassen sich mit Löten sehr feine und detaillierte Verbindungen herstellen, was besonders in der Elektronik von Vorteil ist.

Obwohl das Löten viele Vorteile bietet, gibt es auch einige Nachteile, die je nach Anwendungsfall berücksichtigt werden müssen.

Die Verbindungen, die durch Löten hergestellt werden, sind in der Regel weniger stark als geschweißte Verbindungen. Das Lötmaterial hat oft eine geringere Festigkeit und Tragfähigkeit als die Grundwerkstoffe, was die Belastbarkeit der Lötstelle einschränken kann. Lötverbindungen sind zudem weniger temperaturbeständig als Schweißverbindungen. Bei hohen Temperaturen kann das Lötmaterial erweichen oder schmelzen, was die Integrität der Verbindung beeinträchtigt. Dies kann insbesondere in Umgebungen mit hohen thermischen Belastungen problematisch sein.

Lötstellen können anfällig für Korrosion sein, insbesondere wenn unedle Lötmaterialalien verwendet werden. Die Korrosionsbeständigkeit der Lötstelle kann geringer sein als die der Grundwerkstoffe, was zu einer verminderten Lebensdauer der Verbindung führen kann. Während das Löten in der Elektronik weit verbreitet ist, können Lötverbindungen unerwünschte elektrische Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise können Lötstellen unerwünschte Widerstände oder parasitäre Kapazitäten einführen, die die elektrische Leistung beeinflussen.

Lötverbindungen erfordern eine sorgfältige Vorbereitung der Oberflächen. Die Werkstücke müssen sauber und frei von Oxiden, Fett und anderen Verunreinigungen sein, um eine gute Benetzung und Haftung des Lotes zu gewährleisten. Dies kann zusätzlichen Aufwand in der Produktion bedeuten. Einige Lötmaterialalien, insbesondere solche, die Blei enthalten, können umwelt- und gesundheitsschädlich sein. Bleihaltige Lote sind toxisch und erfordern besondere Vorsichtsmaßnahmen beim Umgang und der Entsorgung. Daher sind bleifreie Lote in vielen Anwendungen vorgeschrieben, was die Auswahl der Materialien einschränken kann.

Das Reparieren oder Überarbeiten von Lötverbindungen kann kompliziert sein. Beim erneuten Erhitzen kann es schwierig sein, das Lot gleichmäßig zu entfernen oder neu aufzutragen, ohne die angrenzenden Bauteile oder Verbindungen zu beschädigen.

Während des Lötvorgangs bleibt der Grundwerkstoff fest, erwärmt sich aber nahe dem Soliduspunkt, was zu einer Gittererweiterung und Wärmespannungen führen kann. In flüssigem Lot sind die Atome beweglich und dringen an den Korngrenzen in das geweitete Gitter des Grundwerkstoffs ein. Diffusion führt dazu, dass die unedlen Lotbestandteile in die Grenzschicht eindringen und diese Zone mit unedlen Komponenten anreichern, während das Lot edler wird.

Beim Abkühlen erstarren die Lotatome im Grundwerkstoff, wodurch eine Legierung in der Randzone entsteht. Die Lotnaht erhält durch die Diffusion und Vermischung neue Eigenschaften: Der Schmelzpunkt der Lotnaht steigt und ihre Korrosionsbeständigkeit verbessert sich. Die Härte der Lotnaht zeigt eine günstige Festigkeitsverteilung, mit einem kontinuierlichen Härteabfall vom Grundwerkstoff zur Lotnaht, aber einem Härteanstieg in der Diffusionszone.

Die Güte einer Lotnaht hängt vom Diffusionsgrad ab, der größer ist, je geringer der Temperaturunterschied zwischen Lot und Grundwerkstoff ist, je länger die Arbeitstemperatur gehalten wird und je ähnlicher die Legierungsstrukturen von Lot und Grundwerkstoff sind.

Die Qualität der Lotnaht kann durch den Zahntechniker beeinflusst werden durch:

  • Auswahl des passenden Lotes
  • Verwendung von wenig Lot
  • Vermeidung des Zuschmierens der Lotnaht
  • Gleichmäßige Erwärmung von Lotnaht und Werkstück
  • Nachwärmen zur Erhöhung der Diffusion
  • Langsames Abkühlen, niemals abschrecken

Für eine optimale Lotnaht müssen die Werkstücke parallel zueinander stehen und einen Abstand von 0,05 mm bis 0,2 mm haben, um eine Kapillarwirkung zu ermöglichen. Die Lötflächen sollten beschliffen und sauber sein. Ein Flussmittel hält die Lötstelle frei von Oxiden und Verunreinigungen.

Während des Lötens müssen die Werkstücke fixiert sein, um Verschiebungen zu verhindern. Ein Lötmodell ist oft erforderlich. Eine gleichmäßige Erwärmung des Lötblockes verhindert Wärmespannungen und Verzerrungen.

Die Ofenlötung bietet den Vorteil einer gleichmäßigen Durchwärmung, was die Gefahr von Spannungen und Verziehungen minimiert.

Zusammenfassend ist Löten ein vielseitiges und effektives Verfahren zur Verbindung von Werkstoffen, jedoch gibt es Einschränkungen bezüglich der mechanischen Festigkeit, Temperaturbeständigkeit und Korrosionsanfälligkeit der Lötstellen. Außerdem sind sorgfältige Vorbereitungen und Umweltaspekte zu berücksichtigen. Trotz dieser Nachteile bleibt Löten in vielen Bereichen unverzichtbar, insbesondere dort, wo Präzision und die Erhaltung der Materialeigenschaften entscheidend sind.

Funktionsweise

--- Grafik Bilderserie ---


Vorgehen

Grobes Vorgehen https://www.youtube.com/watch?v=tB0v_dqW3Ts

Arbeits- und Gesundheitsschutz