Laserbeschriften
Synonyme: Laserbeschrifter, Laserbeschriftung, Laserbeschriftungssysteme
Lasermarkiersysteme sind Lasersysteme aus Strahlquelle, Ablenkkopf mit Optik, Steuerung und Versorgungseinheit, die ohne Schutzeinrichtungen und Handhabungen zur Integration in Markierarbeitsplätze und Markierstationen angeboten werden. Als Strahlquellen kommen z. B. Festkörperlaser wie Nd:YAG-Laser und Faserlaser mit Wellenlängen von 1062-1064 nm oder CO2-Gaslaser mit Wellenlängen von 930 oder 10,6 µm im mittleren Infrarotbereich zum Einsatz. Die Lasermarkiereinheit umfasst stets eine Laserstrahlquelle, einen Markierkopf sowie eine Steuer- und Bedieneinheit mit Markiersoftware.
Abhängig vom Aufbau des Markierkopfes wird zwischen Vektorlasern, Dot-Matrix-Lasern und Maskenlasern unterschieden. Vektorlaser ermöglichen frei programmierbare Markierungen in einem bestimmten Arbeitsfeld, das häufig durch auswechselbare Objektive verändert werden kann. Dot-Matrix-Laser können nur eine Matrix aus wenigen vorgegebenen Punkten markieren. Maskenlaser dienen zum Markieren von feststehenden Kennzeichnungsinhalten mit Hilfe von Schablonen.
Die Auswahl der Lasermarkierers erfolgt in der Regel anwendungsspezifisch, indem die Bauart und Wellenlänge des Lasers, die Dauer- und Spitzenleistung und gegebenenfalls die Objektive auf die Art der Markierung, das Markierfeld, die Werkstückoberfläche sowie die Markiergeschwindigkeit angepasst werden. Die Herstellung der eigentlichen Markierung wird mit Markierköpfen unterschiedlicher Bauformen realisiert.
Die gängigste Markierkopf-Bauform bei Lasermarkiergeräten ist der frei programmierbare Vektorlaser. Die Strahlquelle erzeugt einen kontinuierlichen Lichtstrahl, der im Markierkopf durch Spiegel abgelenkt über eine Optik auf das Werkstück geleitet wird. Den Antrieb der Spiegel übernehmen Galvanometer-Scanner, die aus hochdynamische Drehantrieben und hochgenauen Positionsdetektoren bestehen. Dadurch bieten Vektorlaser hohe Genauigkeit und Schnelligkeit und eignen sich zur Markierung von stehenden oder bewegten Objekten.
Bei Dot-Matrix-Lasern werden Ein- und Mehrlasersysteme unterschieden, die alle mit Lichtpulsen arbeiten. Einlasersysteme erzeugen Lichtpulse, die über eine Ablenkeinheit auf die Markierfläche gelangen. Bei Mehrlasersystemen mit z. B. sieben Lasern ist jeder Laser mit einem anderen Winkel über eine feste Optik in einer vertikalen Linie auf einen anderen Punkt der Matrix ausgerichtet. Eine zusammenhängende Markierung können Dot-Matrix-Laser nur herstellen, wenn sich das Werkstück bewegt.
Eine weitere Möglichkeit ist das Maskenbeschriften, bei der ein Laserpuls durch die Öffnungen einer Schablone geleitet und über eine Optik auf die Markieroberfläche projiziert wird. Dieses Verfahren eignet sich besonders zur Kennzeichnung von feststehenden Inhalten in hohen Stückzahlen und mit sehr hoher Geschwindigkeit.
Funktionsprizip
Zur Laserkennzeichnung von Produkten stehen unterschiedliche Verfahren zur Auswahl. Gängige Verfahren sind bei Metallen das Anlassen, Abtragen oder Gravieren und bei Kunststoffen das Verfärben, Abtragen und Schäumen. Ein weiteres Verfahren zum Laserbeschriften ist das Aufschmelzen von pulverförmigen Farbsubstraten, die zuvor auf der Werkstückoberfläche aufgetragen werden und nach dem Erkalten erstarren.
Beim Laserkennzeichnen durch Anlassen werden Metalle lokal unterhalb des Schmelzpunktes des Werkstoffs erwärmt. Die Erwärmung bewirkt das Entstehen von Anlassfarben durch Gefügeänderungen in der Randschicht, die jedoch bei einer weiteren Erhöhung der Temperatur nicht temperaturstabil sind und wieder verschwinden würden.
Beim Kennzeichnen durch Abtragen werden Deckschichten wie z. B. Eloxale mit einer so hohen Laserenergie bestrahlt, dass das Material verdampft. Die Markierung entsteht durch den Kontrast bzw. Farbunterschied zwischen der Deckschicht und dem Grundmaterial. Durch Materialabtrag lässt sich bei Kunststoffen ein Tag-und-Nacht-Design erzeugen, indem z. B. lichtundurchlässige Materialschichten abgetragen und das transparente Grundmaterial freigelegt werden.
Dagegen wird beim Gravieren das Grundmaterial durch Verdampfen abgetragen. Um eine scharfe Kontur der Markierung zu erhalten, muss eine Ausbreitung der Wärmeeinflusszone verhindert werden. Dies wird durch eine sehr hohe Energiedichte erreicht, wodurch das Material innerhalb von Nanosekunden erhitzt wird und direkt verdampft.
Beim Verfärben von Kunststoffen kann die Lasermarkierung durch lokale Veränderung der Farbe ohne Beeinträchtigung der Oberflächenqualität entstehen. Durch geeignete Kunststoffauswahl werden in Kombination mit der Laserlicht-Wellenlänge eingelagerte Farbpartikel gezielt zerstört, sodass das Material an diesen Stellen ausbleicht oder verfärbt wird.
Kunststoffe können auch durch Aufschäumen markiert werden, bei dem der Laserstrahl die Oberfläche schmilzt. Die dabei entstehenden Gasbläschen vergrößern das Volumen, werden beim Erkalten des Materials eingeschlossen und bilden einen Aufwurf, der als erhabene Markierung stehen bleibt.
Einsatzbereich
Beschriftungslaser dienen zur direkten dauerhaften Kennzeichnung von Werkstücken aus einer Vielzahl von Werkstoffen wie Metallen, Kunststoffen, Glas, Holz oder Papier in hoher Qualität. Die überwiegend eingesetzten Vektor-Lasermarkiersysteme bieten frei programmierbare Kennzeichnungsinhalte. Wichtige Anwendungen sind Markierungen mit Codes zur Rückverfolgbarkeit von sicherheits- und funktionskritischen Bauteilen und Baugruppen, direkte Kennzeichnungen mit Seriennummern, Typenbezeichnungen und Logos sowie oder auch dekorative Kennzeichnungen in manuellen Arbeitsplätzen, in der Fertigungslinie oder in Verpackungsanlagen. Ebenso dienen Laser zur Kennzeichnung und Bearbeitung z. B. von Kunststoffetiketten und Folien zur indirekten Bauteilkennzeichnung.
Laserbeschrifter finden sich in einem sehr breiten Spektrum von Branchen wie z. B. die Automobilzuliefer- und Automobilindustrie, die Luft- und Raumfahrtindustrie, Pharmaindustrie, Medizintechnik, Kunststoffbearbeitung, Elektronik, Lebensmittelindustrie usw.