Beschriftungslaser
Was ist Lasertexturierung und wie wird sie eingesetzt?
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Tags:
- Laserablation , Laserätzung , Medizin
Oberflächen aus Kunststoff, Metall oder Keramik sind von Natur aus glatt, allerdings wird diesen Materialien oft eine Textur hinzugefügt. Die Texturierung - das Hinzufügen einer natürlichen Holzmaserung, eines Leders oder eines matten Musters zu einem Material - wird in fast jeder Branche eingesetzt.
Von der Elektronik bis zur Mode ist die Verwendung von Texturen aus ästhetischen Gründen, zur Verlängerung der Lebensdauer oder zur Erzeugung einer hochwertigen Haptik ein weit verbreitetes Herstellungsverfahren. Der Einsatz eines Laserbeschrifters für die Lasertexturierung ist hierfür eine schnelle, saubere und präzise Methode.
Laser-Texturierung: Was das ist und wie es funktioniert
Bei der Lasertexturierung wird ein Laserstrahl zur Texturierung einer Oberfläche eingesetzt, um deren Lebensdauer, Ästhetik oder Haftfähigkeit zu verbessern. Die Lasertexturierung wird mit dem Wachstum der Elektrofahrzeugindustrie immer beliebter als Mittel zur Verbesserung der Haft- oder Leiteigenschaften. Es wird auf verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Hitzebeständigkeiten und anderen Eigenschaften eingesetzt. Das bedeutet, dass der erste Schritt bei der Laseroberflächentexturierung darin besteht, die Eigenschaften Ihres Materials zu kennen. Nach diesem Schritt, wird das geeignete Laserbeschriftungssystem für die Hitze- oder Korrosionsbeständigkeit des Materials und die gewünschte Intensität der Texturierung ausgewählt.
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Bearbeitet
Wie unterscheidet sich dieses Verfahren von anderen Oberflächentexturierungstechniken?
Bei der Lasertexturierung wird ein von einem Oszillator ausgesandter Laserstrahl durch einen Spiegel abgetastet und dann auf eine Oberfläche fokussiert. Sobald der Strahl auf das Ziel trifft, findet ein Prozess namens Laserablation statt. Die Laserablation ist schnell, automatisiert und bietet vielfältige Texturierungsmöglichkeiten für eine Reihe von Materialien.
Obwohl das Laserabtragen eine beliebte Methode ist, gibt es auch andere Verfahren zur Oberflächenstrukturierung, die von den Herstellern für das gleiche Ergebnis eingesetzt werden. Die gebräuchlichste Oberflächentexturierungstechnik ist das sogenannte Satinieren, das auch als Ätzverfahren bekannt ist.
Beim Satinieren wird zunächst ein Hohlraum oder eine Kernform mit einem strukturierten Muster hergestellt. Die Form wird dann auf die Oberfläche des Produkts übertragen, auf der das chemische Ätzen stattfindet. Durch das chemische Ätzen werden dann einige Materialien teilweise entfernt und eine strukturierte Oberfläche hinterlassen. Danach werden alle Unebenheiten durch Sandstrahlen beseitigt. Dieses Verfahren erfordert natürlich viel mehr Schritte als ein Lasertexturierungsverfahren und ist weit weniger flexibel.
Die wissenschaftlichen Hintergründe der Lasertexturierung: Wie Laser Oberflächenstrukturen modifizieren
Wie bereits erwähnt, wird bei der Lasertexturierung das Abtragen zur Erzeugung einer Oberflächenstruktur eingesetzt. Bei der Laserablation werden wiederholt kurze, aber leistungsstarke Impulse auf ein bestimmtes Ziel auf einer ganzen Oberfläche angewendet. Sobald die Energie der Oberfläche durch die wiederholten kurzen Pulse höher ist als die Bindungsfläche, wird der Zielbereich entfernt und hinterlässt eine strukturierte Oberfläche. Die Variation der Stärke mit der Laserleistung, der Geschwindigkeit und der Pulsdauer nimmt Einfluss darauf, wie das Material verändert wird.
Die Hybrid-Laserbeschrifter der Modellreihe MD-X von KEYENCE eignen sich hervorragend für diese Art von Anwendungen, da sie eine weitaus höhere Spitzenleistung als herkömmliche Faserlaser und eine bessere Strahlsteuerung bieten, wodurch die wärmebeeinflusste Zone verringert und sichergestellt wird, dass die Materialeigenschaften nicht über das gewünschte Maß hinaus verändert werden.
Parameter der Lasertexturierung: Die Bedeutung von Spitzenleistung und Pulsdauer
Spitzenleistung
Die mittlere Leistung wird üblicherweise als die Leistung des Lasers bezeichnet. Allerdings ist die Spitzenleistung viel wichtiger, wenn es um die Reaktion mit der Oberfläche von Materialien zur Texturierung geht. Im Allgemeinen erzeugen Laser mit höherer Spitzenleistung sofort stärkere Energien, was Hitzeschäden und Verbrennungen verringert. Selbst Laser mit geringerer Durchschnittsleistung können oft schneller eine hochwertigere Textur erzielen als Laser mit höherer Leistung, wenn sie diese hohe Spitzenleistung durch Oszillation im Laserkopf erreichen können.
Pulsdauer
Die Pulsdauer ist die Zeitspanne, in der der Laserstrahl direkt auf das Material trifft. Wie die Geschwindigkeit und die Leistung, nimmt auch die Dauer Einfluss auf die Art und Weise, wie das Material texturiert wird. Hybrid-Lasermarkiersysteme wie die Modellreihe MD-X von KEYENCE eignen sich am besten für Texturierungs-/Bearbeitungsanwendungen, da sie eine kurze Pulsbreite und eine hohe Spitzenleistung aufweisen. Dies bedeutet, dass keine übermäßige Wärmeentwicklung erforderlich ist, die dem Material schaden könnte. Mit Hybridlasern lässt sich eine wesentlich gleichmäßigere Oberfläche erzielen als mit herkömmlichen YAG- oder Faserlasern.
Wellenlänge 1064 nm:YVO4-Laser / Wellenlänge 1090 nm:Faserlaser
Übersicht der Wellenlängenverteilung
Infrarot (IR)-Laser nutzen die vielseitigste Wellenlänge des Lichts für die Markierung und Bearbeitung. IR-Licht ist für das menschliche Auge unsichtbar, da seine Wellenlänge länger als 780 nm ist (das hintere Ende des sichtbaren Spektrums).
Laser mit der gleichen Wellenlänge haben je nach Oszillationsmethode unterschiedliche Strahlcharakteristiken. Im Allgemeinen haben eine hohe Spitzenleistung und kurze Pulsdauern eine stärkere Augenblicksenergie, was thermische Schäden verringert und Verbrennungen verhindert.
Allgemeine Vorteile
Markierung und Bearbeitung einer breiten Palette von Materialien, einschließlich Metallen und Kunststoffen.
Laser-Texturierungstechniken: Methoden und Verfahren
Ablative Lasertexturierung: Mechanismen und Anwendungen verstehen
Die ablative Laseroberflächentexturierung führt je nach Absorptionsrate, Oberflächenbeschaffenheit, Defekten, Mikrostruktur und Lasertexturiermaschine zu unterschiedlichen Texturergebnissen. Bei der Verwendung eines Hybridlasers zur Texturierung einer Instrumententafel an Bord eines Fahrzeugs werden beispielsweise eine hohe Spitzenleistung und ein kurzer Puls für begrenzte Wärmeeffekte verwendet.
Die Zukunft der Lasertexturierung: Trends und Entwicklungen
Lasertexturierung in der Industrie 4.0: Die Bedeutung dieser Methode für die intelligente Fertigung
Nachdem die Europäische Union die intelligente Fertigung als strategische Priorität im Rahmen ihrer Industriepolitik und der „Industrie 4.0“-Initiative definiert hat, orientiert sich Deutschland, vertreten durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK), an europäischen Normen und Standards, um die intelligente Fertigung zu fördern. Eine zentrale Rolle spielen dabei die Normen des Europäischen Komitees für Normung (CEN) und des Europäischen Komitees für elektrotechnische Normung (CENELEC), insbesondere die EN ISO 10303 („Standard for the Exchange of Product Model Data“, auch bekannt als STEP) und die EN ISO 9001 („Qualitätsmanagementsysteme – Anforderungen“).
Die intelligente Fertigung wird in diesem Kontext wie folgt definiert:
„Die Entwicklung und der Einsatz von Fortschritten in den Bereichen Standards, Konformitätsprüfung, Benutzerbewusstsein und der Einführung von 3D-modellbasierten Produktdefinitionsstandards gemäß EN ISO 10303, um die Produktqualität zu verbessern und die Kosten für Hersteller während des gesamten Produktlebenszyklus zu senken.“
Die Lasertexturierung spielt aufgrund ihrer Automatisierung und der Nutzung fortschrittlicher Software eine Schlüsselrolle in der intelligenten Fertigung. Herkömmliche Verfahren zur Oberflächentexturierung, die eine Automatisierung von etwa 80 % erfordern, erfüllen jedoch nicht die Anforderungen der EU an die intelligente Fertigung, wie sie in der EN ISO 9001 und der EN ISO 14001 („Umweltmanagementsysteme – Anforderungen“) festgelegt sind. Diese Normen betonen die Notwendigkeit einer vollständigen Integration von Automatisierung und digitaler Steuerung, um Nachhaltigkeit und Effizienz zu gewährleisten.
Nanoskalige Lasertexturierung: Mögliche Anwendungen in biomedizinischen und optischen Bereichen
Im biomedizinischen und optischen Bereich ist die Erforschung der Biokompatibilität und der Einsatz von Materialien im Nanomaßstab ein aktuelles Thema. Für Produkte wie Implantate und Biosensoren könnte die Laseroberflächentexturierung im Nanomaßstab der neue Maßstab sein. Die Laseroberflächentexturierung ist ein nicht-abrasives Verfahren, das biologische Moleküle, Zellen und andere Materialien, die dem Wirtsgewebe hinzugefügt werden, bearbeiten kann. Außerdem bewegt sich die Lasertexturierung in den Nanobereich und strukturiert mikroskopisch kleine Produkte. Die Hersteller entscheiden sich für die Lasertechnologie aufgrund ihrer Biokompatibilität und der schnellen, sauberen und fehlerfreien Methodik.
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