Bei der Entwicklung eines Markierverfahrens für eine spezifische Anwendung müssen mehrere wichtige Aspekte beachtet werden, die Materialart, Farbe und Oberflächenbeschaffenheit des zu bearbeitenden Materials. Diese Anforderungen und die damit einhergehenden Umweltaspekte bestimmen die zur Laserbeschriftung und Lasergravur verwendeten Methoden. Für die Lasermarkierung sind vier gängige Verfahren verfügbar:
Markierungs- und Gravierverfahren
Lasergravur mittels Laserverdampfung ist ein berührungsloses Verfahren, bei dem Material durch eine Kombination von Verdampfung und Schmelzverdrängung abgetragen wird, um eine qualitativ hochwertige und kontrollierte Tiefe von bis zu 0,5 mm zu erzielen. Die Lasergravur ist ein kostengünstiges Verfahren für Industrie-, Automobil- sowie Luft- und Raumfahrtkomponenten. Die Flexibilität der Software für die Lasergravur ermöglicht die Herstellung von detaillierten Vorlagen, Texten oder Grafiken. Vorteile gegenüber mechanischen Verfahren sind die deutlich niedrigeren Rüstkosten, die kürzere Bearbeitungszeit sowie die Möglichkeit, feine Details und auf gekrümmten Oberflächen zu gravieren.
Ähnlich wie die Lasergravur mittels Verdampfung ist das Abtragen von Oberflächenbeschichtungen. Hier wird nicht ein Teil des Werkstücks abgetragen, sondern eine Schicht, die auf die Oberfläche aufgebracht wurde. Mit dieser Methode kann ein hervorragender Kontrast erzeugt werden, ohne dass die Eigenschaften des zugrunde liegenden Substrats verändert werden. Diese Variante der Lasergravur funktioniert auch gut bei Lacken und anderen Oberflächenbehandlungen. Das Abtragen von Oberflächenbeschichtungen wird normalerweise zur Lasermarkierung von eloxiertem Aluminium, beschichteten Metallen und Folien eingesetzt.
Schwarzmarkierung (black marking) ist ein bekanntes Verfahren zur Laserbeschriftung von Metallen (meist Edelstahl), bei dem eine dunkle Oxidschicht ohne starkes Schmelzen oder Verändern der Oberfläche entsteht. Dieses oft fälschlich als Einbrennmarkierung bezeichnete Verfahren bietet erhebliche Vorteile beim Markieren von Oberflächen mit geringer Oberflächenrauheit. Mit dem Verfahren können Farben und aufwendige Details auf dem Substrat erzeugt werden. Da kein Material abgetragen wird, werden die maßgebliche Funktion des Substrats oder die Korrosionsbeständigkeit von Metallen wie Edelstahl nicht durch den Markiervorgang beeinträchtigt.
Die Farbanlassmarkierung oder Laserbeschriftung von Polymeren beruht oft auf einer Reihe verschiedener laserinduzierter Mechanismen wie Karbonisieren oder Schäumen. Karbonisieren (ein thermochemischer Prozess) erzeugt dunkle Markierungen. Schäumen, ein partieller Zersetzungsprozess, bei dem Gasblasen im Material entstehen, streut das Licht und erzeugt helle Markierungen. Werden polymere Zusatzstoffe beigefügt, kann die Markierung durch Erhöhung der Absorption und geringfügige Veränderung der chemischen Eigenschaften der Markierung verbessert werden.
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Die guten Absorptionseigenschaften der meisten Metalle bei Wellenlängen im nahen Infrarotbereich machen Faserlaser zu einer äußerst attraktiven Lösung für die Laserbeschriftung und Lasergravur. Dank ihrer Strahlqualität, der kompakten Bauweise und wartungsfreiem Betrieb sind die QCW- und CW-Laser von IPG für ein breites Anwendungsspektrum ausgelegt und erfüllen die meisten Markierungsanforderungen.
QCW Faserlaser mit einer Pulsenergie von bis zu 10 mJ und einer durchschnittlichen Leistung von bis zu 200 W bieten die hohen Spitzenleistungen und Pulse im Nanosekundenbereich, die zur Laserbeschriftung der meisten Metalle verwendet werden können. Die hohe Spitzenleistung ermöglicht die Laserbeschriftung bzw. Lasergravur von reflektierenden Materialien wie Gold und Aluminium. Beispiele hierfür sind tiefe dauerhafte Markierungen auf Hochleistungsgetrieben und Autoteilen.
Die CW-Singlemode-Faserlaser erfüllen die Anforderungen für die Laserbeschriftung von Metallen. Die CW-Ausgangsleistung ist wichtig, wenn schnelle, saubere Markierungen erforderlich sind, die die Oberfläche nicht verändern.
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Metallarten
| Edelstahl |
Keramik |
Gold & Silber |
Aluminium |
| Werkzeugstahl |
Nickellegierungen |
Messing & Kupfer |
Titan |
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Das Verfahren zur Laserbeschriftung von Polymeren hängt in hohem Maße vom Grundmaterial, von Zusatzstoffen und anderen Bestandteilen ab, aus denen fertige Polymere bestehen. Dies bedeutet, dass die Markierbarkeit von Polymeren von Charge zu Charge variieren und sich sogar zwischen den verschiedenen Bereichen einer Komponente unterscheiden kann. Die Laserbeschriftung von Polymeren erfordert daher spezifische Konfigurationsparameter für jede Markieranwendung.
Die Strahlqualität, der Markierungskontrast und die Bearbeitungsgeschwindigkeit der 1 Mikrometer-QCW Laser von IPG sind für ein breites Anwendungsspektrum ausgelegt und erfüllen die meisten Markierungsanforderungen. QCW Faserlaser mit einer typischen Pulsenergie von 1 mJ bieten eine ausreichende Spitzenleistung für die Laserbeschriftung vieler Polymermaterialien. Die hohe Leistungsdichte ermöglicht die Laserbeschriftung von Polymeren wie Nylon und Urethan, deren Beschriftung bisher schwer umzusetzen war. Gepulste Laser mit variabler Pulsdauer bieten zudem zusätzliche Steuerungsmöglichkeiten, die für einige besonders sensible Markieranwendungen erforderlich sein können, z. B. das Anbringen einer Laserbeschriftung unter der Oberfläche in Polykarbonat. Beide Lasertypen eignen sich auch gut zur Laserbeschriftung von Kunststoffen mit Zusatzstoffen und erzielen bei solchen Anwendungen eine hohe Qualität und einen hohen Kontrast.
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Gepulste grüne und UV-Nanosekundenlaser können auch zur Laserbeschriftung sehr spezieller Polymere verwendet werden, bei denen ein minimaler Wärmeeintrag erforderlich ist. Die bekannteste Anwendung in diesem Bereich ist die Verwendung von UV-Lasern zur Laserbeschriftung von mit Titandioxid gefärbten weißen Polymeren, durch die eine ästhetisch ansprechende hellgraue Markierung mit gutem Kontrast erzeugt werden kann.
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Polymere
| Polykarbonat |
Thermoplastisches Urethan |
Nylon |
| Polypropylen |
Polyethylen (HDPE/LDPE) |
ABS-Kunststoff |
