Mikrozellulärer Polyurethan-Schaumstoff von 3M™

Bearbeitung von mikrozellulärem Polyurethan-Schaumstoff von 3M™ mit  Digitaler Laser-Materialbearbeitungstechnologie(DLMP®)

Mikrozelluläre Polyurethan-Schaumstoffprodukte von 3M™ bestehen aus einem duroplastischen, mikrozellulären PU-Schaumstoff mit oder ohne selbstklebende Rückseite. Diese Produkte weisen, bedingt durch den sehr niedrigen Druckverformungsrest, eine gute Dämpfungs-, Abdichtungs- und Schwingungskontrolle auf. Durch die offene Zellstruktur jedoch können Gase und Dämpfe durch das Material dringen. Dieses Produkt bietet, wenn es mit 3M-Klebstoffen versehen ist, eine hohe anfängliche Klebrigkeit und eine hervorragende Scherfestigkeit über einen hohen Temperaturbereich hinweg.


Diese Schaumstoffe wurden für stark beanspruchte Dichtungs- und Versiegelungsanwendungen konzipiert. Sie werden jedoch auch in Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Elektronik- und Medizinbranchen eingesetzt zur Geräusch- und Schwingungsdämpfung.


3M-Polyurethan-Schaumstoff wird mit Dichten von 15 lb/ft3 (240 kg/m3) und 20 lb/ft3 (320 kg/m3) sowie mit Stärken von 0,0625 Zoll (1,59 mm) bis 0,5 Zoll (12,7 mm) hergestellt. Sie sind ohne Klebemittel oder mit einer Vielfalt an Klebemittelstärken, Trägern und Schutzfolien erhältlich. Sämtliche PU-Schaumstoffe von 3M sind schwarz.


Verwandte Bezeichnungen

3M™ 120XX Premium Polyurethan-Schaumstoff


Chemische Bezeichnungen

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Hersteller

3M™


Polyurethan-Schaumstoff von 3M™ und DLMP®-Technologie

Die relativ geringe Dichte und die chemischen Eigenschaften von Duroplast sind die Schlüsselfaktoren, die die Bearbeitung von 3M-Polyurethan-Schaumstoff mit der DLMP-Technologie so leicht machen. Wie diese Eigenschaft die Ergebnisse der Digitalen Laser-Materialbearbeitungstechnologie (DLMP) beeinflusst, wird in den folgenden Abschnitten detailliert erläutert. Die nützlichsten Wirkungen der Laserenergie bei Polyurethan-Schaumstoff von 3M bestehen im Materialabtragung. Bei Polyurethan-Schaumstoff von 3M kommen die Verfahren Laserschneiden und Lasergravieren zur Anwendung.  Jedes dieser Verfahren wird nachstehend in dessen jeweiligem Abschnitt besprochen.


Whitepaper zur Laser-Materialbearbeitung

Galerie

Abtrag von Material

Materialabtrag ist ein physikalischer Vorgang, bei dem Material entfernt wird. Material wird vollständig von der oberen zur unteren Fläche oder teilweise von der Oberseite des Materials bis hinunter zu einer bestimmten Tiefe abgetragen.


Polyurethan ist ein hervorragender Absorber von CO2-Laserenergie (Wellenlänge = 10,6 μm). Wenn Polyurethan Laserenergie absorbiert, wandelt es rasch Lichtenergie in Molekülschwingungen (Wärme) um. Da es sich bei diesem Typ von Polyurethan um ein Duroplast handelt, führt ausreichende Wärme zu einem raschen chemischen Abbau. Material, das sich direkt im Laserstrahlpfad befindet, wird sauber in Dampf und in feinen Partikeln abgetragen.


Aus diesen Gründen werden CO2-Laser häufig zum Laserabtrag von Polyurethan-Schaumstoff eingesetzt. Das Material, das sich leicht außerhalb des Laserbrennflecks oder des Laserpfads befindet, leitet etwas Wärme, jedoch nicht ausreichend für eine vollständige und gründliche Abtragung. Dieser Bereich der thermischen Beeinflussung wird häufig als Wärmeeinflusszone oder WEZ bezeichnet. Im Fall von Polyurethan-Schaumstoff von 3M ist praktisch keine WEZ vorhanden, da die Schaumstroffstruktur mit ihrer geringen Dichte zum Schneiden oder Gravieren keine hohen Wärmelasten benötigt. Darüber hinaus handelt es sich bei dem Polymer um ein Duroplast. Deshalb kann es Wärme standhalten, ohne zu schmelzen.

Laserschneiden

Laserschneiden ist die vollständige Abtragung und Abtrennung von Material von der Oberfläche bis zur unteren Fläche entlang eines bestimmtes Pfads.


Aufgrund seiner hohen Gebrauchstemperatur und geringen Dichte lässt sich der 3M-Polyurethan-Schaumstoff sauber vom Grundmaterial abtragen. Die Kanten, die das Laserschneiden hinterlässt, sind glatt und frei von  Verfärbungen, wie sie gelegentlich bei thermischen Prozessen auftreten. Dies wird durch das folgende Beispiel mit einem 6,35 mm dicken Laserschnitt in Rautenform aus 3M-Polyurethan-Schaumstoff demonstriert.

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Das Laserschneiden dieses Produkts erzeugt sehr geringe Ablagerungen und  daher kann dieses in den meisten Fällen unverändert verwendet werden. Bei dickeren Abschnitten kann ein nasses Tuch genutzt werden, um etwaige Feststoffe abzuwischen. Das dargestellte Verfahren lässt sich für beinahe jede Form einsetzen, sogar für komplexe Schnitte und solche mit sehr engen Toleranzen.


Bei Einsatz mit einem Klebstoff-Liner ist auch ein teilweises Schneiden möglich. Das teilweise Schneiden ist eine Art selektives Schneiden, wo die obere Schicht des Materials durchgängig abgetragen wird, die untere Schicht jedoch unversehrt bleibt. Dies ist möglich, da der Laser präzise über den gesamten Arbeitsbereich hinweg moduliert werden kann. Die folgenden drei Bilder zeigen, wie sich das Verfahren des teilweisen Schneidens auf 3M-Polyurethan-Schaumstoff anwenden lässt. Der Schaumstoff und das Klebemittel werden in der gewünschten Form abgeschält, während der Liner unversehrt bleibt.


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Lasergravieren

Lasergravieren ist das Verfahren, mit dem Material von der Oberseite bis zu einer angegebenen Tiefe beseitigt wird. Dies ist möglich durch exakte Kontrolle der Lasermodulation. Durch stufenloses Variieren der Laserleistung kann das Lasergravieren für Texturen, Fotos und Informationen, wie beispielsweise Text und Ziffern, eingesetzt werden. Das Beispiel zeigt, wie mit kontrollierter Laserenergie das Material bis zu einer bestimmten Tiefe entfernt werden kann. 3M-Polyurethan-Schaumstoff lässt sich aus denselben Gründen, aus denen er sich sauber schneiden lässt, auch sauber und ohne Verfärbung oder Schmelzen gravieren.

Mikrozelliger Polyurethan-Schaumstoff von 3M™, lasergravierter Kanal in Rautenform
Durch das Lasergravieren wird ein 99 x 61 mm großer Kanal erzeugt.

Lasermarkieren (Tiefe)

Wenn Laserenergie zum Erstellen einer visuell und/oder maschinenlesbaren Identifikation oder Information auf einem Material verwendet wird, beispielsweise für einen Barcode, ein Datum, eine Chargen-, Serien- oder Teilenummer, wird dieses Verfahren als Lasermarkieren mit Tiefe oder Lasertiefenmarkieren genannt, obgleich es sich im Grunde um Eingravieren in das Material handelt. Dieses Beispiel zeigt eine Seriennummer auf einem 3M-Polyurethan-Schaumstoff mittels Lasertiefenmarkierung.

Mikrozellularer Polyurethan-Schaumstoff von 3M™, Lasermarkierung (mit Tiefe) einer Seriennummer
Seriennummer, Schriftgröße 24 Punkt, durch Lasertiefenmarkieren auf 3M-Polyurethan-Schaumstoff aufgebracht

Kombinierte Bearbeitungsverfahren

Mit 3M-Polyurethan-Schaumstoff können verschiedene Bearbeitungsverfahren durchgeführt werden, ohne das Material bewegen oder neu befestigen zu müssen. Dieses Bild demonstriert, wie Bearbeitungsverfahren miteinander kombiniert werden können, um 3M-Polyurethan-Schaumstoff aus einer Platte zu schneiden, eine Rautenform in das Material zu gravieren und eine Seriennummer zu gravieren.

Mikrozellularer Polyurethan-Schaumstoff von 3M™, mit Laser ausgeschnittene Raute
Eine 127 x 76 mm große, 6,35 mm dicke, mit Laserschneiden gefertigte Rautenform

Erwägungen zu Umwelt, Gesundheit und Sicherheit

Interaktionen von Laser mit Material erzeugen fast immer gasförmige Absonderungen und/oder Partikel. Da dieses Produkt auf einem duroplastischen Polymer basiert, zerfällt das Material vielmehr chemisch in Methylcarbamat, als zu schmelzen oder zu kochen. Es entstehen  ebenfalls Absonderungen bzw. Gase. Diese bestehen hauptsächlich aus Kohlenmonoxid. Diese Gase und Partikel sind in Übereinstimmung den mit behördlichen Vorschriften nach draußen abzuleiten. Alternativ können die Absonderungen zuerst in einem Filtersystem behandelt und dann nach draußen abgeführt werden. Einige Materialien neigen während der Laserbearbeitung zur Erzeugung entflammbarer Nebenprodukte. Deshalb sollte die Laserbearbeitung stets unter Aufsicht erfolgen.