Schwenkbiegemaschinen warten: Genauigkeit und Lebensdauer sichern
Die ersten Blechteile eines Wiederholauftrags bestehen die Prüfung. Nach der Hälfte des Produktionslaufs nimmt der Bediener eine weitere Winkelkorrektur vor,…
Laser eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungen. Eine davon ist die Laserbeschriftung. Dabei wird ein Laserstrahl genutzt, um verschiedene Oberflächen zu markieren oder zu gravieren. Heute ergeben sich zahlreiche Anwendungsbereiche aus dieser Möglichkeit.
Die Laserbeschriftung ist ein äußerst vielseitiges Verfahren. Der Begriff Laserbeschriftung wird oft synonym für verschiedene Prozesse wie Abtragen, Gravieren, Aufschäumen, Einfärben, Anlassen, Karbon usw. verwendet. Die Wahl der Methode hängt dabei vom Material und den Qualitätsanforderungen ab.
Wichtige Erkenntnisse
Im Vergleich zu anderen Verfahren bietet die Laserbeschriftung zahlreiche Vorteile. Die wichtigsten möchten wir hier vorstellen.
Laserbeschriftung ist ein berührungsloses Verfahren. Das bedeutet, dass das Gerät das zu markierende Material nicht physisch berührt, sondern nur die vom Laserstrahl anvisierten Bereiche beeinflusst. So entstehen keinerlei Schäden durch Abrieb am Material.
Die Laserbeschriftung ist äußerst präzise. Selbst sehr kleine Objekte können mit beeindruckender Genauigkeit markiert werden. So werden beispielsweise Leiterplatten mit Lasern beschriftet. Die Markierungen sind von hoher Qualität, klar und gut lesbar.
Laserbeschriftung ist eine umweltverträgliche Methode der Gravur, da keine giftigen Nebenprodukte entstehen. Das gilt nicht für andere Verfahren wie etwa Säureätzung.
Verglichen mit anderen Methoden ist die Laserbeschriftung extrem schnell. Sie reduziert sowohl den Zeitaufwand als auch die Kosten. Die Wahl des passenden Laserbeschriftungsverfahrens für verschiedene Anwendungen kann die Prozessdauer zusätzlich verringern.
Abgesehen von den Stromkosten für die Geräte fallen bei der Laserbeschriftung keine laufenden Betriebskosten an. Das System benötigt nur wenig Personal, da die Maschinen nach der Einrichtung automatisch arbeiten.
Dasselbe Laserbeschriftungssystem ist für eine Vielzahl von Materialien geeignet. Das bietet Flexibilität, da in vielen Industriezweigen unterschiedliche Werkstoffe zum Einsatz kommen – darunter verschiedene Metalle wie Baustähle, Edelstähle, diverse Aluminiumlegierungen und mehr.
Ein und dasselbe Laserbeschriftungssystem kann mit minimalen Anpassungen auch für das Gravieren und weitere Prozesse verwendet werden. Das ist ein großer Vorteil, da kein zusätzliches Equipment für verschiedene Anwendungen benötigt wird.
Im Vergleich zu anderen Markierungs- und Gravurmethoden ist die Laserbeschriftung sicherer. Es entstehen keine giftigen Dämpfe oder Abfallprodukte. Für die ausführende Person ist das Verfahren somit ungefährlich.
Auch die Endprodukte sind durch die hohe Qualität der Markierungen sicher im Einsatz – etwa bei der Gravur von Dental-Instrumenten, die glatt genug sind, um im Mund eines Patienten verwendet zu werden.
Mit Lasern erzeugte Markierungen sind dauerhaft und kontrastreich. Sie widerstehen Hitze, Abrieb und sogar Säuren, sind licht- und wasserfest.
Daher eignen sich Laserkennzeichnungen hervorragend für eine zuverlässige Produktverfolgung, da ein Verblassen im Laufe der Zeit ausgeschlossen ist.
Die Laserbeschriftung eignet sich bestens, um in der Serienfertigung große Mengen von Produkten mit einem bestimmten Design zu markieren. Das System lässt sich einfach in Produktionslinien integrieren.
Diese Wiederholgenauigkeit sorgt neben einer schnellen Projektdurchführung auch für ein ansprechendes Erscheinungsbild.
Zu Beginn, mit der Entwicklung der ersten Lasermaschinen im Jahr 1965, beschränkten sich die Anwendungen auf das Schneiden. Im Laufe der Zeit wurden durch die Entwicklung weiterer Verfahren zahlreiche Einsatzmöglichkeiten erschlossen.
Heute findet die Laserbeschriftung in unterschiedlichsten Branchen Anwendung, unter anderem bei der Produktkennzeichnung.
QR-Code auf Metall
QR-Codes, Seriennummern, Barcodes, Datums- und Teilenummern werden alle per Laser markiert. Gleiches gilt für Haltbarkeits- und Verfallsdaten, Wartungsintervalle sowie Firmenlogos.
Auch bei der Herstellung von Ausweisen und Smartcards kommt die Laserbeschriftung zum Einsatz, da sie fälschungssicher ist. Sie wird in der Lebensmittel-, Automobil-, Luftfahrt-, Medizin-, Elektronik-, Werbe- und Halbleiterindustrie und vielen weiteren Bereichen genutzt.
Laserbeschriftung kann auf den meisten Metallen erfolgen. Darüber hinaus können auch Kunststoffe, Keramik, Glas und Silizium markiert werden. Komposite, Graphit, Gummi und LEDs lassen sich – je nach Material – in Schwarz oder anderen Farben markieren. Sogar Edelsteine wie Rubine, Saphire und Diamanten werden mit Laser graviert.
Je nach Anwendung kommen verschiedene Laserbeschriftungsverfahren zum Einsatz. Nachfolgend stellen wir einige dieser Methoden vor.
Bei diesem Verfahren erwärmt ein Laserstrahl lokal die Metalloberfläche, um eine Markierung zu erzeugen. Die lokale Erhitzung bewirkt strukturelle Veränderungen im Metall und führt zu einer Farbänderung. Die Markierung ist meist schwarz, kann aber je nach Temperatur auch rot, grün oder gelb sein.
Die Laserstrahlen dringen nur 20 bis 30 µm tief in die Metalloberfläche ein, sodass die Werkstückoberfläche eben bleibt. Dieses Anlassen wird in der Regel bei Eisenmetallen und Titan angewandt.
Die Anlassmarkierung ist abriebfest und dauerhaft. Zahlreiche Branchen nutzen dieses Verfahren, z.B. Medizin-, Dental-, Automobil- und Fertigungsindustrie. Ein Beispiel ist das Typenschild mit technischen Angaben einer Maschine.
Beim Gravieren entfernt der Laserstrahl Material von der Oberfläche. So entsteht eine Vertiefung als Markierung. Viele Materialien eignen sich für dieses Verfahren, darunter Metalle, Kunststoffe, Stein und Keramik.
Das Material absorbiert die Laserenergie, schmilzt und verdampft. Zudem reagiert das Material mit der Luft, was zu einem Farbwechsel und somit zu einer gut sichtbaren Markierung führt. Da keine Verbrauchsmaterialien benötigt werden, sind die Betriebskosten im Vergleich zu Methoden wie Fräsen oder Tintenstrahldruck sehr gering.
Laserbeschriftung auf Leder
Für die Markierung organischer Materialien und synthetischer Polymere eignet sich das Karbonisieren. Bei diesem Verfahren spaltet die Laserhitze Kunststoffbindungen und setzt Wasserstoff und Sauerstoff frei. Dort, wo diese Reaktion stattfindet, dunkelt die Oberfläche nach.
Das entstehende Zeichen ist grau bis blaugrau, weshalb sich das Karbonisieren nicht für dunkle Materialien eignet, da der Kontrast gering wäre. Eingesetzt wird es zum Markieren von Holz, Papier, Leder, Verpackungsmaterial und mehr.
Für helle Markierungen auf dunklen Werkstoffen ist Karbonisieren wenig geeignet. Hier bietet sich das Aufschäumen an. Der Laser erhitzt hierbei die Oberfläche des Materials.
Das Material schmilzt, und es entstehen Gasblasen, die oxidieren und eine schaumartige, lichtreflektierende Struktur bilden. Diese Methode eignet sich besonders für dunkle Kunststoffe.
Die Markierung steht leicht erhaben über der Oberfläche und ist besonders kontrastreich. Diese Verfärbung tritt nur bei Polymeren auf.
Dieses Verfahren eignet sich speziell für beschichtete Materialien. Dabei entfernt der Laser eine Materialschicht, sodass die darunterliegende Schicht (Substrat) sichtbar wird. Haben beide Schichten unterschiedliche Farben, entsteht ein starker Kontrast.
Beschichtete Materialien wie eloxiertes Aluminium lassen sich hervorragend auf diese Weise markieren. Anwendungsbeispiele sind Etiketten, Verpackungen und Armaturen. Geeignete Materialien sind beschichtete Metalle, Laminate, Folien und Filme.
Das abzutragende Metall absorbiert die Wärme, verdampft und wird dort entfernt, wo der Laser auftrifft. Dieses Laserätzverfahren findet auch im Automobilbau Anwendung, etwa für Tag/Nacht-Designs. Wichtig ist, dass Deck- und Basismaterial unterschiedliche Farben haben, um eine effektive und lesbare Markierung zu erzielen. Ein anderer Begriff für dieses Verfahren ist Ablation.
Manchmal lässt sich die chemische Zusammensetzung des Materials bei der Laserbeschriftung gezielt nutzen. Der Laserstrahl erzeugt eine lokale Erhitzung, wodurch eine chemische Reaktion ausgelöst wird. Wenn die Reaktionsprodukte eine andere Farbe haben, entsteht dort, wo der Laser auftrifft, ein deutlicher Kontrast.
Beim Einfärben ist kein Materialabtrag erforderlich. Die Markierung entsteht durch die Dicke der Oxidschicht.
Die Markierung von Kunststoffen erfolgt häufig durch Einfärben. Die lokale Erhitzung führt zur Rußbildung auf dem Material, was eine dunkle Markierung verursacht.
Für die Laserbeschriftung stehen verschiedene Lasertechnologien zur Verfügung. Jede hat ihre Vor- und Nachteile, die Auswahl richtet sich nach Anwendung, Budget und Qualitätsanforderungen. Grundsätzlich unterscheidet man Festkörperlaser und Gaslaser. Hier ein Überblick über die gängigen Systeme.
Beim CO2-Laser wird Kohlenstoffdioxidgas in einer geschlossenen Kammer als Laserquelle genutzt.
Wie der Name schon sagt, handelt es sich um einen Gaslaser. Ein elektrischer Strom regt das Gas an, das daraufhin Strahlung aussendet. Diese wird mit Spiegeln verstärkt und auf das Material fokussiert. Der CO2-Laser zeichnet sich durch hohe Strahlqualität und gute Effizienz aus.
CO2-Lasermaschinen eignen sich für Holz, Metall, Acryl, Glas, Papier usw. Dies ist eine der ältesten Lasertechnologien und wird noch immer vielfältig genutzt, beispielsweise zur Produktkennzeichnung, Datumsmarkierung und für Logos.
CO2-Laser sind auch für die Bearbeitung von Nichtmetallen geeignet, z.B. für die Lasergravur von Textilien, medizinische Verpackungen, Etikettierung von Getränken, Gummi-, Kunststoff- oder Ledergravur.
Die derzeit beliebteste Lösung für die Laserbeschriftung ist der Faserlaser. Hierbei handelt es sich um einen Festkörperlaser, bei dem eine mit Seltenen Erden dotierte Glasfaser als Laserquelle dient.
Dieses System arbeitet besonders effizient, ist kompakt, vielseitig einsetzbar und bietet hohe Markiergeschwindigkeiten. Zudem punktet es mit minimalem Wartungsaufwand und ohne Verbrauchsmaterialien.
Die Betriebskosten sind im Vergleich zu anderen Maschinen niedrig und das System ist sehr zuverlässig. Selbst schwierige Materialien wie Leiterplatten, Kunststoffe, Nickel- oder Goldbeschichtungen können bearbeitet werden. Auch empfindliche Materialien und Schichten lassen sich markieren.
Faserlaser eignen sich ideal für das Anlassen, Gravieren und die Kunststoffbeschriftung. Sie haben eine Lebensdauer von mindestens 25.000 Betriebsstunden.
Der MOPA-Laser stellt eine spezielle Form des Faserlasers dar. Durch die variable Pulsdauer ist er extrem vielseitig und kann mit einer Vielzahl von Materialien eingesetzt werden.
Hierbei wird die Diode-Pumped Solid State (DPSS)-Technologie genutzt, um einen mit Neodym oder Rubin dotierten YAG-Kristall mittels Laserdioden zu pumpen. Die Wellenlänge ist um den Faktor zehn kleiner als beim CO2-Laser, wodurch sie von vielen Materialien nicht absorbiert wird. Daher ist der Einsatzbereich auf einige Materialien begrenzt.
Im Gegensatz zu Faserlasern benötigen diese Systeme teure Dioden als Pumpquelle, die mit 8.000 bis 15.000 Stunden eine kürzere Lebensdauer haben. Der Nd:YAG-Laser hält weniger lang als ein Faserlaser.
Metalle können damit graviert und markiert werden. In Galvo-System-Ausführung arbeitet der Nd:YAG-Laser sogar schneller als ein CO2-Laser, allerdings ist die Einrichtung aufwendig und teuer. Zudem ist der Wartungsaufwand höher und er eignet sich nicht für viele Nichtmetalle wie Holz oder Acryl.
Dafür überzeugt er durch ausgezeichnete Strahlqualität und hohe Effizienz. Eingesetzt wird das System für beschichtete Metalle, Keramiken und Kunststoffe.
