Business

Lasermarkierung und -gravur

Was ist die Lasermarkierung und -gravur und wie funktioniert sie?

Markierung und Gravur funktionieren nach dem Prinzip der Verwendung des Laserstrahls, zur Veränderung der Oberflächeneigenschaften des Materials durch lokale Verdampfung, Karbonisation oder Oxidation. Um den Strahl während der Bearbeitung lenken zu können, wird ein Laserkopf verwendet, der mit zwei oder mehr Galvanometern mit einem an einem Ständer montierten Spiegel ausgestattet ist. Dieser wird verwendet, um den Strahl während der Bearbeitung extrem schnell lenken zu können.

Die Markierung wird hauptsächlich für die Rückverfolgbarkeit von Produkten verwendet, um Texte oder Logos unlöschbar aufzubringen oder für die funktionelle Oberflächenbearbeitungen des Materials.

Im Bereich der Gravur wird der Laser verwendet, um Materialien kontrolliert mit Profilen, Schriftzügen, Logos und Mustern zu gravieren.

Anwendungen Lasermarkierung und -gravur

Lasermarkierung für die Rückverfolgbarkeit

Die Rückverfolgbarkeit industrieller Lieferketten ist in vielen Bereichen von zunehmender Bedeutung. In einigen Bereichen besteht die einzige Möglichkeit zur Erhaltung eines Qualitätsstandards darin, zu verstehen, wie die Transformations- und Montageprozesse des Produkts unter Kontrolle gehalten werden können.

Innerhalb dieser Ketten wird jedes Teil durch eine Serien- oder Chargennummer identifiziert, die normalerweise mit einem Strichcode, einer Datenmatrix oder einem QR-Code eingeprägt wird. Der Laser ist ideal, um diese Art von Bearbeitung auf praktisch allen Oberflächen umzusetzen. Die Erfassung dieser Daten über entsprechende Lesegeräte während des Produktionszyklus und im Folgenden im Laufe der Lebensdauer des Produkts ermöglicht es, die Konfiguration des Produkts und deren Auswirkungen auf Qualität und Sicherheit ständig unter Kontrolle zu behalten.

Im Folgenden die Bereiche, für die die Laseranwendung für die Rückverfolgung besonders interessant ist: Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Medizin, Lebensmittel und Getränke, Pharmazeutik.

Lasermarkierung für Logos und Texte

Die Markierung von Logos und Texten auf Gegenständen ist eine der häufigsten Laser-Bearbeitungen. Das Logo ist das Aushängeschild eines Unternehmens und daher ist es von entscheidender Bedeutung, es sichtbar zu gestalten. Mit der Lasermarkierung lassen sich extrem kleine Oberflächen oder Oberflächen auf Gegenständen, die extremen äußeren Einflüssen ausgesetzt sind, wie beispielsweise Werkzeuge oder Geräte der Seefahrt, unlöschbar und klar markieren. Die Markierung von Texten ist ebenso wichtig und bei der individuellen Gestaltung von Produkten und der Identifizierung durch Codierung weit verbreitet.

Die Markierung von Texten und Logos wird in vielen Bereichen verwendet. Ganz besonders sind diejenigen Bereiche zu nennen, in denen die Sichtbarkeit der Marke von großer Bedeutung ist, wie Mode, Schmuck, Luxury usw.

Funktionelle Lasermarkierung

Die funktionelle Bearbeitung von Oberflächen des Materials ermöglicht, die dem Gegenstand innewohnenden Eigenschaften sowohl chemisch-physikalischer Art als optisch zu verändern. Durch diese spezielle Laserbearbeitung lassen sich die Benetzungs-, oder Reibungseigenschaften eines Materials oder sein Verhalten in Bezug auf die optische Reflexion des Lichts ändern.

Im Folgenden die Bereiche, für die die funktionelle Lasermarkierung besonders interessant ist: Mikromechanik, Flüssigkeitsmechanik, Uhrenfertigung usw.

Gravur

Die Lasergravur ist eine weitere wichtige und verbreitete Anwendung der Laserbearbeitung. Das zugrundeliegende Prinzip ist das Abtragen von Material (Laserablation), bei dem die Strahlen mehrfach über die Oberfläche geführt werden, um Hohlräume zu erhalten, die genau definierten geometrischen Eigenschaften entsprechen (Ränder, Übergänge, Oberflächenbeschaffenheit der Vertiefung usw.). Die Flexibilität und Präzision der Bearbeitung, die mit einem Laser erreicht werden können, sind jeglichen vergleichbaren mechanischen und chemischen Bearbeitungsmethoden überlegen.

Tiefenlasergravur

Diese Technik wird bei der Herstellung von Werkzeugen und Matrizen, bei der Identifizierung von Rahmen in der Automobilindustrie oder bei Schmuck verwendet. Sie besteht darin, bei der Bearbeitung bis auf einige Millimeter hinunterzugehen, wobei die entsprechenden Stellen mehrfach bearbeitet werden.

Schwarze Lasergravur

In diesem Fall werden chemische Oxidationsprozesse des geschmolzenen Materials aus der Oberfläche genutzt, die durch das Vorhandensein von Sauerstoff entstehen. Die raue Oberfläche absorbiert viel Licht und wirkt dadurch wie eine schwarze bzw. gräuliche oder dunkelbraune Gravur auf besonderen Materialien (wie Aluminium, Kupfer, Messing usw.).

Weiße Lasergravur

Die weiße Gravur ist weniger tief und erzeugt Oberflächen, die glatt sind und stark reflektieren. Bei dieser Bearbeitung wird das Schmelzen des Materials eingeschränkt. Sie eignet sich perfekt für dunkle Metalle wie verzinkten oder gehärteten Stahl usw.

Im Folgenden einige Beispiele für Bereiche, für die die Lasergravur besonders interessant ist: Mechanik im Allgemeinen, Automobilindustrie, Matrizen, Werkzeuge, Medizin, Schmuck, Uhrenherstellung usw.

Laserreinigung

Bei der Laserreinigung handelt es sich um eine besondere Art der Gravur, die durch das Abtragen einer oberflächlichen Materialschicht für die Vorbearbeitung von Materialien (zum Beispiel das Entfernen von Oxidationsrückständen auf Metallen) oder zur Feinbearbeitung am Ende des Bearbeitungszyklus (zum Beispiel für die Entfernung von Spänen und Partikeln) verwendet wird.

Im Folgenden die Bereiche, für die die Laserreinigung (Laser Cleaning) besonders interessant ist: Mechanik im Allgemeinen, Matrizen, Medizin, Druck und Verpackung usw.

Erfahren Sie mehr über Laserreinigung

Arten der Markierung

Anlassen (Annealing)

Analog zur Gravur werden auch bei der Lasermarkierung Oxide genutzt, die das geschmolzene Oberflächenmaterial bei Kontakt mit dem Sauerstoff bildet, um eine Färbung zu generieren. Diese Methode nennt sich Anlassen oder Annealing. Durch Variation der Parameter der Quelle und der Temperatur der Bildung der Oxide (Variation bis zu circa 200°C) können farbige Lasermarkierungen entstehen, die von schwarz bis blau und von rot bis grün reichen. Bei Temperaturen von über 200° C erlischt der farbliche Effekt der Markierung. Der Vorteil der Lasermarkierung des Anlassens besteht darin, dass die Oberfläche unversehrt bleibt (wichtig, beispielsweise bei mechanischen Verbindungen). Sie ist besonders gut leserlich und abriebfest. Die für diese Technik idealen Materialien sind Stahl und Titan, während Aluminium und im Allgemeinen nichteisenhaltige Metalle schwieriger zu bearbeiten sind.

Schwarze Markierung (Black Marking)

Die schwarze Markierung oder Black Marking ist eine Art der Markierung, die auf dem Prinzip des Anlassens basiert, die allerdings Quellen mit kurzen Impulsen nutzt, hauptsächlich Laserquellen des Typs MOPA oder USP, um auf der Oberfläche nanometrische Strukturen zu generieren. Sie gewährleisten eine effektive Streuung des einfallenden Lichts, so dass die reflektierte Strahlung praktisch gleich null ist. Ein weiterer Vorteil dieser Art der Markierung besteht darin, dass die kurzen Impulse so gut wie keine thermische Wirkung auf die Oberfläche ausüben, was eine optimale Unversehrtheit der Oberfläche zu Folge hat und bewirkt, dass ein geringer Chrom-Rückstand entsteht, der in der Lage ist, eine Oxid-Schicht zu kreieren, die sich regeneriert und die Markierung auf lange Zeit lebendig erhält. Diese wichtige Eigenschaft ist im Bereich der chirurgischen Instrumente von großem Nutzen, da sie eine Markierung für die Rückverfolgbarkeit benötigen (UDI-Code für die Rückverfolgbarkeit entsprechend der europäischen Normen und FDA) und regelmäßig sterilisiert werden müssen. Dieser Art der Markierung ist unlöschbar und korrosionsbeständig auch bei anspruchsvollen Prozessen im Rahmen der Sterilisierung.

Ein weiteres wichtiges Merkmal besteht darin, dass diese Art von Laserquellen normalweise sehr kleine Spots aufweisen und somit auch besonders kleine oder filigrane Markierungen möglich machen.

Night & Day-Markierung (Lasermarkierung durch Entfernen von Oberflächenschichten)

Eine weit verbreitete Markierungstechnik besteht in dem Entfernen von Oberflächenschichten. Dies können Lacke, Beschichtungen oder Oberflächenbehandlungen wie Eloxierungen sein, die häufig von Materialien wie Aluminium entfernt werden.

In jedem Fall wird der Laser genutzt, um die Oberflächenschicht zu erhitzen und zum Verdampfen zu bringen, so dass die darunterliegende Schicht unversehrt bleibt und gut sichtbar wird. Diese Art der Markierung, die auch „Day and Night“ genannt wird, ist besonders gut sichtbar, da der Farbkontrast normalerweise besonders stark ist und die Farben individuell gestaltet werden können. Aus diesem Grund wird sie oft in der Automobilindustrie und der Unterhaltungselektronik für die Gestaltung von Komponenten wie der Innenausstattung von Fahrzeugen oder den Bedientasten von elektronischen Geräten verwendet.

Aufschäumen

Das Aufschäumen mittels Laser wird zur Markierung von Kunststoffen verwendet und basiert auf dem Prinzip des lokalen Erhitzens und Verdampfens von den im Kunststoff enthaltenen Pigmenten und Zusatzstoffen, die zu einer Oxidation des enthaltenen Kohlenstoffs führen, die CO2 generiert. Die Gasbildung führt zu einem oberflächlichen Aufschäumen, die zur Verfärbung führt. Dunkle Kunststoffe nehmen normalerweise eine weiße Verfärbung an, helle verfärben sich dunkel ins Gräuliche oder Schwarze.

Markierung durch Karbonisierung

Bei der Laserkarbonisierung handelt es sich um eine Markierungsmethode, die für Kunststoffe und organische Materialien (Papier, Holz, Leder) geeignet ist. In diesem Fall erwärmen die Laserstrahlen die Oberfläche so sehr, dass die Kohlenstoffverbindungen aufgebrochen werden und ein natürlicher Prozess der Karbonisierung des Materials ausgelöst wird.

Die Laserkarbonisierung führt stets zu einer Verdunklung des Materials (von grau über dunkelbraun bis hin zu schwarz).

Lasermarkierung und - gravur – Verwendbare Materialien

Glas
Holz
Kohlenstoff
Keramik
Plastik
Stahl
Papier
Karton
Gold
Kupfer
Eisen
Haut

Metall

Die Lasermarkierung und - gravur von Metallen ist eine der am weitesten verbreiteten Anwendungen im Bereich der Mechanik. Die optimalen Ergebnisse im Hinblick auf Kontrast und Schärfe der Bearbeitung, Genauigkeit der Gravur (die bei den komplexesten Anwendung bis in den Mikrometerbereich reicht) und die Möglichkeit, die Beschaffenheit des Metalls fast vollständig unverändert zu lassen, machen Laser zur idealen Wahl für einen Großteil der Anwendungen.

Lasermarkierungen sind außerdem besonders langlebig und korrosionsbeständig.

Metalle, die sich für die Lasermarkierung und -gravur eignen sind:

  • Edelstahl
  • Spezialstähle
  • Aluminium
  • Eloxiertes Aluminium
  • Titan
  • Messing
  • Kupfer
  • Silber
  • Gold
  • Gehärtete Metalle
  • Sonstige

Kunststoff

Kunststoffe sind für die Herstellung von jeglicher Art von Produkten unentbehrlich geworden. Daher ist es notwendig, Laser für die Rückverfolgbarkeit von Produkten oder zur Markierung von Logos und Schriftzügen einzusetzen. In Bezug auf Laserstrahlen weisen Kunststoffe bei den Kompatibilitätseigenschaften erhebliche Unterschiede zwischen den verschiedenen Familien und Arten auf. Dies bedeutet, dass die zu verwendenden Laserquellen und technischen Lösungen sorgfältig ausgewählt werden müssen.

Kunststoffe, die für die Lasermarkierung geeignet sind, sind:

  • Polyamid (PA)
  • Polycarbonat (PC)
  • Polyethylen (PE)
  • Polyethylenterephthalat (PET)
  • Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)
  • Polypropylen (PP)
  • PCBS
  • Mylar
  • Silikon
  • Sonstige

Glas und Keramik

Die Bearbeitung von Glas und Keramik ist eine besondere Herausforderung aufgrund der Probleme, die sich durch die Zerbrechlichkeit des Materials und seine natürlich isolierenden Eigenschaften in Bezug auf Wärmequellen ergeben. Laser haben bei vielen Anwendungen die mechanischen Bearbeitungen ersetzt, da keine Kontaktwerkzeuge verwendet werden und somit Bruch durch Risse und Fissuren vermieden wird. Außerdem belaufen sich die Wartungskosten der Werkzeuge auf Null und die Bearbeitungszeiten liegen deutlich unter denen der herkömmlichen Methoden.

Zudem wird Keramik zunehmend für Anwendungen in der Elektronik und im Bereich der Sensoren verwendet, die Bearbeitungen im Mikrobereich erfordern, bei denen Laser optimale Ergebnisse erzielen, wobei der Zerbrechlichkeit der verschiedenen Härtegrade des Materials Rechnung getragen wird.

Für die Bearbeitung von Glas und Keramik gibt es verschiedene Quellen, wie zum Beispiel CO2- und UV-Quellen. Immer häufiger werden jedoch Ultrakurzpuls-Laserquellen (USP) verwendet, die mit ihren hohen Energiespitzen der Impulse die harte Oberfläche genau und schnell schneiden und gravieren können. Außerdem gibt es spezielle Prozessmaßnahmen, wie die Verwendung von besonderen Spot-Formern, die in der Lage sind, den thermischen Schock zu verringern und so die Prozessgeschwindigkeit zu steigern, ohne Mängel und Bruch zu verursachen.

Organische Materialien (Holz, Leder)

Holz ist ein wichtiges Material, das aufgrund seiner Vielseitigkeit und breiten Verfügbarkeit verwendet wird. Die Arbeit mit diesem Material mit dem Laser ist einfach und praktisch und es ist möglich, sowohl Hölzer aller Art (auch bemalte) problemlos zu gravieren, um Kunsthandwerk, Souvenirs, Teller, Möbelstücke, Spielzeug usw. Das erzielbare Ergebnis ist eine saubere und homogene Gravur, die mit anderen Holzbearbeitungsmethoden nicht erreicht werden kann.

Leder und Haut sind widerstandsfähige und starre Materialien, die für die traditionelle Verarbeitung schwierig sind. Durch die Lasergravur des Leders entsteht auf der Oberfläche ein scharfer Kontrast, der zur Prägung neigt. Bei dunklerer Haut wird bei den Schnitten ein stärkerer Kontrast erzielt, bei heller Haut weniger. Die erzielten Ergebnisse hängen vom Hauttyp, dem verwendeten Laser und der Einstellung der Parameter Leistung, Geschwindigkeit und Frequenz ab.

Verbundfasern

Verbundwerkstoffe werden gebildet, indem mehrere Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften kombiniert werden, um ein neues Material mit anderen Eigenschaften zu erhalten, das den Ausgangsmaterialien normalerweise überlegen ist. Im Allgemeinen wird ein Matrixmaterial verwendet, dem dann eine Faser hinzugefügt wird. Die gängigsten laserbearbeitbaren Verbundwerkstoffe sind faserverstärkte Polymerverbundwerkstoffe (FRP), Metallmatrixverbundwerkstoffe (MMC) und Keramikmatrixverbundwerkstoffe (CMC). Der Laser kann mit diesen Materialien verwendet werden, um die Oberfläche erfolgreich zu gravieren und zu schneiden, indem Formen, Löcher und Markierungen erzeugt werden.

Kunststoffschweißen

Prozesskontrolle beim Kunststoff-Laserschweißen

Das Laserschweißen von Kunststoffen ist flexibel und ermöglicht eine präzise und zeitnahe Kontrolle der Prozessparameter. Mit der Software können Sie online überwachen: Laserleistung, Schweißzeit, Schweißgeschwindigkeit, Werkstücktemperatur (bei Systemen mit Pyrometer) und Spanndruck der pneumatischen Spannmittel.

Alle Prozessdaten werden dann in anwenderspezifischen Berichten zur Verfügung gestellt und von der Software für die Gut/Schlecht-Bewertung des Produkts an den Produktionslinien verwendet.

Welche Vorteile bietet die Lasermarkierung im Vergleich zu anderen Technologien?

Die Lasermarkierung bietet im Vergleich zu anderen Technologien bedeutende Vorteile, die beim Entscheidungsprozess zu beachten sind:

Kontaktlose Bearbeitung

Durch die Laserbearbeitung wird vermieden, dass Teile mit dem Werkstück in Kontakt kommen. Daher ist sie ideal für Materialien oder Produkte, bei deren Bearbeitung Sorgfalt geboten ist. Durch das Fehlen von Kontaktwerkzeugen entstehen keinerlei Kosten für Verschleiß und Wartung.

Umweltverträglichkeit (Öko)

Der Prozess der Lasermarkierung ist ökologisch und verwendet keine Druckfarben und chemischen Materialien, die im Anschluss entsorgt werden müssten.

Die modernen Lasersysteme für die Markierung und Gravur verbrauchen weniger als ein Haushaltsgerät und mit Sicherheit viel weniger als viele der konkurrierenden Technologien. Sie geben weniger CO2 in die Umwelt ab und sind somit umweltverträglicher.

Qualität und Präzision der Bearbeitung

Die Lasermarkierung und -gravur zeichnen sich durch die Qualität und die Präzision der Bearbeitung aus, da Laserstrahlen verwendet werden, die wenige zehn Mikrometer groß sind. Die Details, der hohe erzielbare Kontrast sowie die chemische, thermische und Korrosionsbeständigkeit machen den Laser zur wichtigsten Technologie für qualitativ hochwertige und langfristig unlöschbare Markierungsanwendungen.

Vielseitigkeit

Die Fähigkeit, alle Arten von Materialien zu bearbeiten, die leichte Integration in Systeme und Produktionslinien und die digitale Handhabung des Lasers machen ihn zu einem flexiblen Werkzeug, das in der Lage ist, sich jedem Prozess und hoch individuellen Produkten anzupassen.

Drehen Sie Ihr Gerät