Kontrastreiche Markierungen auf Kunststoff und Metall

Dauerhaft Kennzeichnen per Laser

Ein breites Spektrum an unterschiedlichen Anlassfarben steht auf Stahloberflächen zur Verfügung. Bild: Trotec

Dauerhafte Markierungen und Beschriftungen sind heute in vielen Bereichen gefragt, sei es für die individuelle Kennzeichnung einzelner Bauteile zur Rückverfolgbarkeit im Rahmen der Qualitätskontrolle oder für einfache, abriebfeste Hinweise auf unterschiedlichen Oberflächen. Laserbeschriften bietet sich dafür an, da der „schreibende“ Laserstrahl, berührungslos und schnell unterschiedlichste Materialien beschriften kann und der Anwender frei ist in der Gestaltung der Zeichen. Wählt man eine passende Laserquelle, lassen sich Metalle durch Anlassfarben auch farbig markieren und bei Kunststoffen scharfe Konturen gravieren.

Bei Kunststoffen wird Material durch den Laserimpuls explosionsartig verdampft ("ablatiert") oder aufgeschäumt, um dauerhafte Zeichen zu erzeugen. Bild: Trotec

Bei Kunststoffen wird Material durch den Laserimpuls explosionsartig verdampft („ablatiert“) oder aufgeschäumt, um dauerhafte Zeichen zu erzeugen.

Das Prinzip der Laserbeschriftung ist einfach zu verstehen: durch Aufstrahlen kurzer Lichtimpulse wird an der Oberfläche des Materials ein sehr kleines Volumen erhitzt. Bei Metall wird dadurch das Gefüge verändert, es können Diffusionsprozesse induziert werden oder es werden durch das Erhitzen sogenannte Anlassfarben generiert. Bei Kunststoffen dagegen wird Material explosionsartig verdampft („ablatiert“) oder aufgeschäumt (die Temperatur lag also oberhalb der Schmelztemperatur aber unterhalb der Verdampfungstemperatur). Um scharfe Umrisslinien zu erhalten, soll dabei die direkte Umgebung der bestrahlten Fläche möglichst nicht thermisch belastet oder gar geschmolzen werden. Durch Aneinanderreihen solcher Strahlpunkte lassen sich dann beliebige Konturen dauerhaft anbringen. Bei richtig gewählter Laserquelle, sprich Wellenlänge und möglicher Leistungsdichte bzw. Pulsdauer lassen sich optimale Beschriftungs- und Schneidlösungen für beinahe alle Materialien erzielen.

Dauerhaft schreiben ohne Tinte

Die SpeedMarker Beschriftungslaser-Serie von Trotec mit MOPA-Faserlaser. Bild: Trotec

Die SpeedMarker Beschriftungslaser-Serie von Trotec mit MOPA-Faserlaser.

Bei der Laserbeschriftung sind heute überwiegend Faserlaser (die Laserstrahlung wird durch die laseraktive Faser geleitet und verstärkt, sie sind also praktisch Glaslaser mit Lichtwellenleiter-Eigenschaften) als wartungsfreie, preiswerte Laserquelle im Einsatz. Sie übertreffen YAG/Vanadat-Laserquellen u.a. bei Pulsenergie (bei niedrigen Wiederholraten), Lebensdauer, Robustheit und Gesamtlebensdauerkosten. Bei manchen Materialien reicht die minimale Pulsdauer von rund 100 ns noch nicht aus, weil das Beschriftungsergebnis nicht optimal ist. Die Folge ist ein wenig konturscharfes Schriftbild, da die Umgebung mit aufgeheizt wird. Gleiches gilt für den Frequenzbereich des Strahles, der nicht von allen Materialien ausreichend absorbiert werden kann. Denn je kürzer und höher der Energieeintrag, umso besser lässt sich das zu beschriftende Material erhitzen, ohne die Umgebung zu stark zu erwärmen. Bei sehr kurzen Pulszeiten spielt nämlich die Wärmeleitung praktisch keine Rolle mehr und es entstehen Zeichen mit scharfen Konturen. Die Trotec Laser GmbH hat aus diesem Grund nun für ihre SpeedMarker Beschriftungslaser-Serie auch einen MOPA-Faserlaser (Master Oscillation Power Amplifier) ins Programm aufgenommen. Diese Laserquelle erlaubt durch eine einstellbare Pulsdauer (kürzester Puls: 4 ns) einen räumlich viel stärker begrenzten Energieeintrag auf das Material. Durch das gezielte explosionsartige Verdampfen am Zielpunkt lassen sich so auch bei Kunststoffen sehr scharfe Konturen erzielen und selbst bei Metall bietet die neue Laserquelle durch den exakt dosierten Energieeintrag Vorteile wie z.B. eine farbige Markierung.

Natureloxiertes Aluminium ist per Laser leicht dauerhaft schwarz zu markieren, z.B. für die abriebfeste Beschriftung von Smartphone-Gehäusen. Bild: Trotec

Natureloxiertes Aluminium ist per Laser leicht dauerhaft schwarz zu markieren, z.B. für die abriebfeste Beschriftung von Smartphone-Gehäusen.

Gerade auf schlecht markierbaren Kunststoffen kann der MOPA-Laser seine Stärke durch ultrakurze Pulse mit entsprechender Leistungsdichte voll ausspielen. Die Beschriftung wird konturscharf, homogen und ist optisch hochwertig. Unerwünschtes Aufschäumen und Verbrennen z.B. bei ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat) gehören damit der Vergangenheit an. Auch bei dunklen Kunststoffmaterialien wie PA 66 GF, PA 6 GF oder PP GF ergeben sich dadurch hellere, kontrastreichere und besser lesbare Beschriftungen. So lassen sich viele, per konventionellem Faserlaser nicht ausreichend markierbare Kunststoffe nun für Mensch und Maschine gut lesbar kennzeichnen. Auch bei Metallen bringt die ultrakurze Pulsdauer Vorteile. So kann man natureloxiertes Aluminium leicht schwarz markieren, z.B. für die abriebfeste Beschriftung von Smartphone-Gehäusen. Auf Stahl wiederum ist ein schnelles und gegenüber Ätzverfahren korrosionsfreies Anlassbeschriften möglich. Verschiedene Pulslängen zwischen 4 und 200 ns ermöglichen hier ein breites Spektrum an unterschiedlichen Anlassfarben.

Vielseitige Technik

Die intuitive Menüführung der SpeedMark-Software ermöglicht dazu die komfortable Einstellung der Laserparameter auf das Material und das gewünschte Markierungsergebnis. Bild: Trotec

Die intuitive Menüführung der SpeedMark-Software ermöglicht dazu die komfortable Einstellung der Laserparameter auf das Material und das gewünschte Markierungsergebnis.

Der MOPA-Laser kann bei rund 20 W Dauerstrahlleistung auf acht unterschiedliche Pulsdauern eingestellt werden. Durch die kurze Pulsdauer bei Wiederholfrequenzen von 1,6 kHz bis 1 MHz lässt sich die Laserenergie fein dosieren. Die maximale Energie des einzelnen Pulses liegt bei 1 mJ. Die intuitive Menüführung der SpeedMark-Software ermöglicht dazu die komfortable Einstellung der Laserparameter auf das Material und das gewünschte Markierungsergebnis. Die Trotec Lasersoftware bietet zudem eine Vielzahl an intelligenten Funktionen wie die automatische Generierung von Seriennummern und Datamatrix-Codes, lässt sich aber auch an ERP-Systeme anbinden. So können für die Qualitätssicherung wichtige Kennzeichen dauerhaft in die Oberflächen der Produkte eingebrannt werden, um später leicht die in der Datenbank hinterlegten Parameter dazu aufzufinden. Die kompakten Geräte erlauben aber andererseits auch Kleinserien und individuelle Einzelteilen zuverlässig mit Schrift oder Grafik zu versehen.

Über die Trotec Laser GmbH
Trotec entstand 1997 aus einem Forschungszweig von Trodat und ist heute ein weltweit führendes Unternehmen im Bereich der Lasertechnologie. Als Teil der Trodat Trotec Group entwickelt, produziert und vermarktet Trotec Lasergeräte zum Beschriften, Schneiden und Gravieren sowie Laser- und Gravurmaterialien. Als Innovationsführer setzt Trotec neue Standards, betreut Kunden in über 90 Ländern und beschäftigt mehr als 500 Mitarbeiter weltweit.Im Jahr 2015 erreichte der oberösterreichische Laserhersteller erstmals einen Umsatz von über 100 Millionen Euro. Der Lasersystemhersteller im Hochtechnologiebereich setzt auf den laufenden Ausbau seines Technologievorsprungs und die konsequente Orientierung am Kunden. Die Außendienstmitarbeiter werden durch die hauseigene Academy qualifiziert und laufend weitergebildet. Mit 17 Vertriebstöchtern ist Trotec international aufgestellt. Der Exportanteil liegt bei 97 %.

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Natalie Eichner

Marketing der Trotec Laser GmbH

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Dr. Gernot Schrems

Technical Sales bei der Trotec Laser GmbH

Andreas Zeiff

Andreas Zeiff

Studium des Chemie-Ingenieurwesens und der Chemie, Beschäftigung mit Elektronik, berufliche Tätigkeit im Maschinenbau, seit Ende 1998 journalistisch tätig für das Redaktionsbüro Stutensee.

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