Laserbeschriften
Die Laserbeschriftung hat sich als vielseitiges Verfahren zur dauerhaften Kennzeichnung von Bauteilen und Produkten etabliert. Ob Seriennummern, DataMatrix-Codes, Logos oder funktionale Markierungen – nahezu jedes Material lässt sich mit dem passenden Laserverfahren präzise und reproduzierbar beschriften.
Laserbeschriften ist ein thermisches Verfahren, bei dem ein fokussierter Laserstrahl genutzt wird, um die Oberfläche eines Materials gezielt zu verändern. Während konkurrierende Verfahren wie Etiketten- , Tintenstrahl- oder Tampondruck nur eine temporäre Kennzeichnung ermöglichen, kann beim Laserbeschriften eine dauerhafte Markierung realisiert werden.
Voraussetzung hierfür ist, dass der Werkstoff die Laserstrahlung, welche eine definierte Wellenlänge besitzt, absorbiert. Durch den gezielten Energieeintrag entstehen je nach Material und Prozessführung dauerhafte Farb-, Struktur- oder Oberflächenänderungen des Werkstoffs.
Die Laserstrahlung zeichnet sich durch ihre für den jeweiligen Lasertyp charakteristische Wellenlänge sowie eine hohe Leistungsdichte aus. Besonders beim Laserbeschriften ist die starke Fokussierung des Laserstrahls auf einen sehr kleinen Bearbeitungspunkt entscheidend. Dadurch lassen sich selbst feinste Strukturen in hoher Auflösung erzeugen.
Je nach Werkstoff, gewünschter Optik und funktionalen Anforderungen kommen dabei unterschiedliche Verfahren zum Einsatz. Grundsätzlich wird zwischen abtragenden und nichtabtragenden Verfahren unterschieden.
Abtragende Verfahren entfernen gezielt Material oder vorhandene Beschichtungen. Dadurch entstehen besonders kontrastreiche und dauerhaft beständige Markierungen.
Beim Deckschichtabtrag entfernt der Laser selektiv eine obere Beschichtung oder Farbschicht, ohne das darunterliegende Basismaterial zu beschädigen. Dadurch entsteht ein klarer Kontrast zwischen Deckschicht und Substrat.
Dieses Verfahren eignet sich besonders für lackierte oder beschichtete Oberflächen sowie Folien und eloxierte Materialien.
Typische Anwendungen sind Tastaturbeschriftungen oder Bedienelemente im Fahrzeuginterieur (Tag-Nacht-Design).
Bei der Lasergravur wird das Basismaterial selbst bearbeitet. Durch das lokale Schmelzen oder Verdampfen entsteht eine fühlbare Vertiefung in der Oberfläche.
Sie wird häufig für Typenschilder oder an Gehäusen von elektromechanischen Bauteilen eingesetzt.
Nichtabtragende Verfahren verändern die Materialoberfläche, ohne dabei nennenswert Material abzutragen. Dadurch bleiben Funktion und Struktur des Werkstücks weitgehend erhalten.
Hier verändert der Laser gezielt die Materialoberfläche durch thermische Prozesse. Dadurch entstehen dunkle oder helle Markierungen direkt im Material.
Ein häufig eingesetztes Verfahren ist die Anlassbeschriftung von Metallen. Dabei bildet sich durch die lokale Erwärmung eine dünne Oxidschicht auf der Oberfläche, die für den gewünschten Kontrast sorgt. Da die Oberfläche nahezu glatt bleibt, eignet sich das Verfahren besonders für hygienekritische Anwendungen, bei denen sich keine Schmutz- oder Keimnester bilden dürfen. Diese Beschriftungen kommen häufig in der Medizintechnik, Lebensmittelindustrie sowie bei hochwertigen Industriebauteilen zum Einsatz.
Besonders häufig wird das Verfahren bei Kunststoffen eingesetzt. Dort reagieren Pigmente oder spezielle Additive gezielt auf die Laserstrahlung und erzeugen dauerhaft sichtbare Markierungen.
Prinzip
Lasersystemtechnik
Die Qualität einer Laserbeschriftung wird nicht allein durch die Laserquelle bestimmt. Entscheidend ist das perfekte Zusammenspiel aus:
Faserlaser
Ytterbium-Faserlaser arbeiten mit einer Wellenlänge von 1064 nm. Da metallische Werkstoffe diese Wellenlänge sehr gut absorbieren, eignen sich Faserlaser besonders für die Metallbeschriftung. Darüber hinaus lassen sich auch zahlreiche technische Kunststoffe und beschichtete Oberflächen beschriften.
Die Vorteile sind:
CO²-Laser
CO₂-Laser arbeiten mit einer Wellenlänge von 10.640 nm und eignen sich insbesondere für die Beschriftung von Kunststoffen sowie anderen nichtmetallischen Werkstoffen. Je nach Werkstoff können sowohl Farb- als auch Strukturänderungen realisiert werden. Selbst Acrylglas, das für das menschliche Auge transparent erscheint, absorbiert die Strahlung eines CO₂-Lasers sehr gut und kann daher zuverlässig beschriftet werden.
Metalle absorbieren diese Wellenlänge nur sehr gering, weshalb CO₂-Laser für die direkte Metallbeschriftung in der Regel nicht eingesetzt werden.
Dynamische Strahlführung
Für schnelle und hochpräzise Beschriftungsprozesse werden moderne Galvanometerscanner eingesetzt. Bewegliche Spiegel lenken den Laserstrahl dabei mit hoher Dynamik über das Werkstück.
In Kombination mit speziell ausgelegten F-Theta-Objektiven entstehen:
Die berührungslose Bearbeitung ermöglicht die Beschriftung von filigranen Strukturen, DataMatrix-Codes oder komplexe Geometrien mit hoher Wiederholgenauigkeit.
Steuerung
Wolf Laserbeschriftungsmaschinen werden durch einen Industrie-PC mit Siemens Soft-SPS angesteuert. Dieser PC übernimmt auch die Steuerung des Laserscanners. Die Steuerungsarchitektur erlaubt die Integration in unterschiedlichste Umgebungen. Es können damit gegebenenfalls zusätzliche automatische Funktionen angesteuert werden. Die wesentlichen Steuerungskomponenten kommunizieren über:
Die Steuerung ist dadurch leicht erweiterbar.
Anwendungsbeispiele
