Grundlagen der Laserbeschriftung und wie diese umzusetzen sind

Laserbeschriftung wird zur Kennzeichnung und Bearbeitung verschiedener Materialien verwendet. Dabei ist zu beachten, dass es verschiedene es bei der Laserbeschriftung unterschiedliche Methoden zur Bearbeitung und Beschriftung - je nach Material - gibt.
In diesem Abschnitt werden die für die Laserbeschriftung erforderlichen Grundkenntnisse vermittelt.

Was ist Laserbeschriftung?

Die Laserbeschriftung ist ein Verfahren, bei dem ein fokussierter, hochenergetischer Laserstrahl die Oberfläche eines Produkts verändert.
Der Laserstrahl wird von einem Oszillator ausgesendet und mit einem Spiegel abgetastet. Anschließend wird eine Fokussierungslinse verwendet, um den Strahl auf das Produkt zu fokussieren und durch physikalische Veränderung der Oberfläche zu beschriften.
Da bei der Laserbeschriftung die Oberfläche des Produkts durch hochenergetisches Licht verändert wird, ist diese Methode dauerhaft und die Laserbeschriftung verblasst nicht mit der Zeit.

Laserbeschriftung auf Metall

Bei der Laserbeschriftung von Metall gibt es viele Methoden. Man kann zum Beispiel durch hochenergetisches Laserlicht eine Oxidation verursacht, durch abkratzen der Oberfläche eine weiße Laserbeschriftung oder durch Gravieren, bei dem der Laser die Produktoberfläche tief einschneidet. Jede Methode wird für einen bestimmten Zweck eingesetzt. In diesem Abschnitt werden die Merkmale der einzelnen Methoden erläutert.

Schwarze Anlass (Oxidation) Laserbeschriftung

Wenn der Laserstrahl auf das zu beschriftende Produkt trifft, wird der Fokus so verschoben, dass nur die Wärme übertragen wird. Wenn Wärme zugeführt wird, ohne die Oberfläche zu gravieren, bildet sich eine Oxidschicht. Dieser Film stellt dann eine schwarze Laserbeschriftung dar.

Weiße Laserbeschriftung

Der Strahl des Laserbeschrifters wird im Brennpunkt auf die zu beschriftende Oberfläche gerichtet. Die Metalloberfläche wird leicht abgetragen, um eine unebene Fäche zu erhalten. Dies führt zu einer unregelmäßigen Reflexion des Lichts, wodurch die Laserbeschriftung weiß erscheint.

Laserbeschriftung als Gravur

Das hochenergetische Licht für die Laserbeschriftung graviert die zu beschriftende Oberfläche. Durch Erhöhung der Strahlungsstärke kann eine tiefe Gravur erzeugt werden.

Laserbeschriftung auf Metall Video

Laserbeschriftung auf Kunststoff

Es gibt drei Verfahren zur Laserbeschiftung von Kunststoffen: Aufschäumen, bei dem der Laser Blasenbildung verursacht; Farbumschlag, bei dem der Laser mit den Pigmenten im Kunststoff reagiert; und Karbonisierung, bei der ein Hochenergielaser auf die Zieloberfläche aufgebracht wird.

Aufschäumen durch Laserbeschriftung

Wenn die Oberfläche für eine Laserbeschriftung bestrahlt wird, entstehen Blasen im Inneren des Materials. Diese Blasen werden knapp unter der Oberflächenschicht des Basismaterials versiegelt, wodurch sie weiß erscheinen. Bei dunkleren Oberläfchen ist dieses Aufschäumen durch einen Laserbeschrifter deutlich sichtbar.

Farbumschlag durch Laserbeschriftung

Bei der Laserbeschriftung kann es durch Einwirkung von hochenergetischem Licht auf Metallionen im Pigment des Basismaterials zu einer chemischen Veränderung kommen, die zu einem Farbumschlag führt. Das Erscheinungsbild variiert je nach Farbe und Material der Oberfläche.

Karbonisierung durch Laserbeschriftung

Wenn kontinuierlich hohe Energie durch einen Laserbeschrifter auf einen Bereich einwirkt, werden die Makromoleküle des Elements um das Grundmaterial herum karbonisiert und verfärben sich schwarz. Das rechts abgebildete Polycarbonat ist durchsichtig, erhält aber eine schöne schwarze Farbe, wenn es durch Laserbeschriftung karbonisiert.

Laserbeschriftung auf Kunststoff Video

Laserbeschriftung auf anderen Materialien

Die Laserbeschriftung kann auch zur Kennzeichnung anderer Materialien als Metall und Kunststoff verwendet werden. So kann die Laserbeschriftung neben Keramik, Papier und Holz auch auf verschiedenen transparenten und durchsichtigen Oberflächen eingesetzt werden. Die Laserbeschriftung kann auch auf Produkte mit einer Oberflächenbeschichtung eingesetzt werden, die sich ablösen lässt, um das darunter liegende Grundmaterial freizulegen.

Beschichteter Kunststoff
Papier
Holz
Keramik
Laserbeschriftung auf ausgewählten Materialien Video

Bearbeitung mit einem Laserbeschrifter

Die Laserbeschriftung kann neben dem Kennzeichnen auch für verschiedene Bearbeitungsanwendungen wie Schneiden, Bohren und Oberflächenumformung eingesetzt werden. Eine hochpräzise Bearbeitung ist mittels Laserbeschriftung möglich.

Schneiden mit Laserbeschrifter

Beim Schneiden mittels Laserbeschrifter wird das Licht an eine bestimmte Stelle gelenkt, um die gewünschte Form zu schneiden. Neben dem Schneiden komplizierter Formen kann dieses Verfahren auch zum Entfernen von Anschnitten und Graten oder für andere Zwecke verwendet werden.

Oberlächenbearbeitung durch Laserbeschrifter

Bei diesem Verfahren wird das Licht des Laserbeschrifters verwendet, um Oberflächenmaterial zu entfernen, wie z. B. Farbe, Folie oder andere Beschichtungen. Durch die Oberflächenaufrauung wird auch die Benetzbarkeit des Oberflächenmaterials verändert, um die Haftfestigkeit zu erhöhen und ein Ausfließen der Paste zu verhindern.

Bohren mittels Laserbeschrifter

Beim Bohren mit Laserbeschriftern wird ein einzelner Punkt mit hochenergetischem Licht bestrahlt, um durch Schmelzen und Verdampfen ein Loch zu bohren. Durch die Steuerung von Größe und Leistung des Laserlichts können die Löcher durch den Laserbeschrifter so gebohrt werden, wie es für die jeweilige Anwendung erforderlich ist.

Bearbeitung mit Laserbeschriftern Video

Grundlagen der Laserbeschriftung mit Stand Alone Zellen

Für die Laserbeschriftung ist nicht nur ein Beschriftungslaser erforderlich, sondern auch eine Vorrichtung für die Sicherheit, einfaches Handling und richtige Position.
Laserzellen sind hier der erste Ansatz, wenn es um Kleinserien oder Einzelstücke geht. Es gibt Stand-alone-Systeme, bei denen die Produkt einzeln eingelegt und beschriftet werden, und Zellen, bei denen mehrere Produkte für die Laserbeschriftung separat positioniert werden. Diese Laserzellen sind auch als Inline-Systeme erhältlich, bei denen die Produkte während des Transports beschriftet werden. In diesem Abschnitt werden die Merkmale und Anwendungsgebiete der einzelnen Zellentypen für Laserbeschriftungen vorgestellt.

Stand Alone Zellen für Laserbeschriftung

Bei einer eigenständigen Zellenlösung für die Laserbeschriftung werden die Produkte einzeln auf der Bühne platziert und beschriftet. Diese Art von System eignet sich für Produkte mit verschiedener Größen und Formen, die häufige Anpassungen wie z. B. Höhenanpassungen erfordern.
Die Spezifikationen der Zellen für Laserbeschriftungen können so angepasst werden, dass sie ein automatisches Anheben/Absenken des Tisches und Fußschalter zum Starten der Beschriftung umfassen.

Höhenverstellbarer Tisch
Eine manuelle Höhenverstellung ist möglich.
Verriegelung
Der Sicherheitsschalter verhindert eine unbeabsichtigte Emission bei der Laserbeschriftung. Bei geöffneter Tür werden keine Laserstrahlen ausgestrahlt.
Innenbeleuchtung
Die Beleuchtung in der Laserbox ermöglicht es dem Benutzer, das Produkt bequem zu positionieren und die Laserbeschriftung zu überprüfen.
Sichtfenster
Die Scheibe blockiert den Laserstrahl. Der Benutzer kann die Laserbeschriftung sicher durch die Scheibe prüfen, auch wenn der Laser aktiviert ist.
Absaugung
Die Absaugung ist für das Auffangen des bei der Laserbeschriftung entstehenden Staubs optimiert.
Verschiedene Bedientasten
Häufig benutzte Tasten wie die Taste "Laserbeschriftung starten" sind angebracht. Außerdem kann ein Tisch für einen PC oder ein Touchpanel angebracht werden.

Rundtakttischsystem für die Laserbeschriftung

Um schnellere Zykluszeiten zu realisieren, können Rundtakttische für Laserbeschriftungen verwendet werden.
Dies ermöglicht eine Bestückung, während gleichzeitig eine Laserbeschriftung des Werkstücks erfolgt.

Palettenfördersystem für die Laserbeschriftung

Werkstücke auf Paletten können automatisiert über ein Bandsystem zugeführt werden. Dadurch können Prozesse wie die Laserbeschriftung vereinfacht und schnellere Zykluszeiten erreicht werden.

Modelle und Besonderheiten von Laserbeschriftern

Es gibt verschiedene Arten von Laserbeschrifter mit unterschiedlichen Wellenlängen, die sich jeweils für unterschiedliche Materialien und Anwendungen eignen. In diesem Abschnitt werden die Merkmale und Anwendungen der typischen Typen von Laserbeschriftern vorgestellt: Faserlaser, UV-Laser und CO2-Laser.

Laserbeschriftung mit Faserlaser

Faserlaser haben eine Wellenlänge von 1090 nm, was innerhalb des Standardwellenlängenbereichs liegt. Die Palette von Laserbeschriftungen von Faserlaser reichen von Metalle über Kunststoffe. Ihre hohe Leistung eignet sich besonders gut für Anlassbeschriftungen, sehr schnelle Beschriftungen und tiefe Gravuren auf Metall. Andererseits können Faserlaser nicht verwendet werden, um Laserbeschriftungen auf transparente Objekte wie Glas aufzubringen, da die Wellenlänge von diesen Materialien nicht absorbiert wird.

Lichtwellenlängenverteilung
A
Ultravioletter Bereich
B
Sichtbarer Bereich
C
Infraroter Bereich

Laserbeschriftung Anwendungen

  • Tiefengravur
    (Beschichtung nach Gravur)
  • Anlassbeschriftung
    Lager
  • Schnelle 2D-Code Beschriftung
    Motorblock
  • Gravur
    Schließzylinder
  • Laserschneiden
    Aluminiumplatte
  • Gratentfernung (IC-Rahmen)
    Links: Vor der Bearbeitung
    Rechts: nach der Bearbeitung

Laserbeschriftung mit UV-Laser

Die Wellenlänge von UV-Lasern beträgt etwa ein Drittel (355 nm) der Standardwellenlänge (1064 nm) und gehört damit zu den Laserbeschriftern mit hoher Energiedichte. Der Name "UV-Laser" kommt von seiner Wellenlänge im ultravioletten Bereich des Lichtspektrums.
Die Laserbeschriftung mit UV-Lasern wird als "Kaltbeschriftung" bezeichnet. Dies bezieht sich auf die hohen Absorptionsrate von einer Vielzahl von Materialien, durch die man eine Laserbeschriftung und Bearbeitungen mit minimalem Hitzeschaden durchführen kann. Der UV-Laser ist ideal für Anwendungen, die einen hohen Kontrast oder minimale Wärmebelastung erfordern. Der UV-Laser gehört auch zur Laserklasse 4 - trotz Kaltbeschriftung. Das Licht ist so hoch energetisch, dass es die Hornhaut des Auges beschädigt, anstatt die Netzhaut wie andere Wellenlängen.

Lichtwellenlängenverteilung
A
Ultravioletter Bereich
B
Sichtbarer Bereich
C
Infraroter Bereich

Laserbeschriftung Anwendungen

  • Mehrfarbige KFZ-Relais
  • Kopfhörer
  • Medizinflaschen
  • Leiterplatte aus Kupfer
  • Medizinisches Stahl (Scheren, etc.)
  • Verpackungsfolie für Lebensmittel

Laserbeschriftung mit CO2 Laser

CO2-Laser haben die längste Wellenlänge aller üblicherweise verwendeten Laser- mehr als zehnmal länger als die des Standardlasers (1064 nm).
Neben Papier und Kunststoffen können, dank der wärmebasierter Laserbeschriftung, auch Holz, Gummi und transparente Materialien wie Glas und PET-Kunststoff beschriftet werden. Andererseits ist es schwierig, Metall mit CO2-Lasern zu beschriften (die Wellenlänge wird nicht absorbiert).

Lichtwellenlängenverteilung
A
Ultravioletter Bereich
B
Sichtbarer Bereich
C
Infraroter Bereich

Laserbeschriftung Anwendungen

  • Kartonagen
  • Flaschen
  • Logos und Grafikelemente
  • Glaswafer
  • Dichtungsgummis
  • Elektronische Leiterplatten

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