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Die Laserkennzeichnung beschreibt den Prozess der Beschriftung von Markierungsmaterialien durch die Lasertechnologie. Hierbei wird ein fokussierter Laserstrahl über das zu markierende Bauteil geführt. Die Energie des auf das Bauteil treffenden Laserstrahls löst eine Reaktion aus und hinterlässt so eine widerstandsfähige und dauerhafte Markierung. Je nach Werkstoff gibt es verschiedene Möglichkeiten, den erforderlichen Kontrast zum Grundmaterial zu erzeugen. Die Auswahl des passenden Beschriftungsverfahrens zum jeweiligen Anwendungsfall ist entscheidend.
Laser werden in Abhängigkeit der thermodynamischen Aggregatzustände ihres Lasermediums kategorisiert. Ein Lasermedium ist das Material, das sich zur Erzeugung von Laserstrahlen durch stimulierte Emission eignet. Neben der Pumpquelle und dem Resonator bestimmt das Lasermedium die Lasereigenschaften Wellenlänge, Leistung und Pulseigenschaften maßgeblich. Bei einem laseraktiven Medium kann es sich um einen Festkörper, eine Flüssigkeit oder ein Gas handeln. Je nach Eigenschaft des zu beschriftenden Markierungsmaterials ist die Auswahl der Wellenlänge und damit des Lasertyps entscheidend.
Zusätzlich werden Laser nach ihrer Betriebsart unterschieden. Während Dauerstrichlaser eine konstante Lichtwelle in gleicher Intensität abstrahlen, erzeugen Pulslaser eine pulsierende Strahlung, die bei gleicher Laserleistung höhere Energiespitzen erreicht. Werkstoffe aus Metall werden daher vorwiegend von Pulslasern beschriftet, weil diese eine höhere Energiedichte verlangen. Organische Werkstoffe werden hingegen mit kontinuierlichen Laserstrahlen verarbeitet.
Beschriftungsmaterialien setzen sich unterschiedlich zusammen und absorbieren daher nur bestimmte Wellenlängen. Die Kennzeichnung eines metallischen Werkstoffs benötigt daher eine andere Wellenlänge als ein hölzernes Material. Ein Laser erzeugt eine einzige Wellenlänge, daher muss der Lasertyp anhand des zu beschriftenden Werkstoffs gewählt werden.
| Yb: YAG-Laser | CO₂-Laser | UV-Laser | |
|---|---|---|---|
| Lasertyp | |||
| Lasermedium | Festkörper | Gas | Flüssigkeit |
| Wellenlänge des Lasers | 1064 nm | 10,6 µm | 355 nm |
| Zu beschriftender Werkstoff | Besonders für kontrastreiche Beschriftungen auf Kunststoffen, Stahl und Aluminium | Nichtmetallische Materialien wie Holz, Leder, Glas oder Stein | Besonders für empfindliche Materialien |
Der Lasermarkierer TOPMARK NEO aus unserem Portfolio ist ein Faserlaser. Hierbei handelt es sich um eine spezielle Form des Festkörperlasers. Das aktive Medium in Festkörperlasern sind dotierte Gläser oder Kristalle. Hierbei sind Fremdionen in unterschiedlicher Konzentration (Dotierung) in den Wirtskristall eingebaut. Typische Dotierungsmaterialien sind Neodym, Ytterbium, Titan und Erbium. Das aktive Medium des TOPMARK NEO bildet eine mit Ytterbium-Ionen dotierte Glasfaser. Der gepulste Ytterbium-Faserlaser speist Strahlung aus mehreren Pumplaserdioden in eine Einkoppeloptik ein. Nach Austritt aus dem mit Ytterbium-Ionen dotierten Mittelteil der Glasfaser gelangt der Laserstrahl in eine Lichtleitfaser. Eine spezielle Optik fokussiert im Anschluss die Strahlung. Die Laserstrahlung, die durch die laseraktive Faser geleitet wird, erfährt aufgrund der großen Länge eine sehr hohe Verstärkung. Faserlaser bieten zudem einen hohen elektrisch-optischen Wirkungsgrad und eine herausragende Strahlqualität. Aufgrund der geringeren Wellenlänge kann dieser Laser auf eine kleinere Fläche fokussiert werden und erzielt somit eine höhere Auflösung als ein CO₂-Laser.
Der Lasergravur liegen leistungsstarke Laserpulse zugrunde. Die Leistungsdichte der Laserpulse ist so hoch, dass das zu verarbeitende Material schmilzt und verdampft. Beim Gravieren im Vollmaterial trifft der Laserstrahl auf die Oberfläche des Vollmaterials und erzeugt durch die Materialabtragung eine Vertiefung, die sogenannte Gravur.
Beim Gravieren mit Abtrag der Deckschicht entsteht die Beschriftung durch den Kontrast zwischen der Deckschicht und dem durch den Laserstrahl sichtbar werdenden Grundmaterial. Typischerweise wird dieses Verfahren bei eloxiertem Aluminium, Lackschichten oder speziellen Laserbeschriftungsfolien angewendet.
Bei der Anlassbeschriftung bringt der Laser eine Oxidschicht im Werkstück ein. Die Farbe der Schicht entsteht in Abhängigkeit von der Temperatur. Hierbei findet kein Materialabtrag statt, sodass die Oberfläche des Werkstücks glatt und eben bleibt.
Dieses Verfahren erzeugt eine Kennzeichnung durch das Schmelzen des Materials. Das Karbonisieren eignet sich für helle Kunststoffe, da hier eine Verdunkelung des Materials entsteht. Im Gegensatz dazu bildet das Aufschäumen kleine Gasblasen im Kunststoff, die das Licht reflektieren und so helle Kennzeichnungen auf dunklen Kunststoffen erzeugen.
Nach der Laserbeschriftung können verschiedene Konturformen mithilfe des Laserstrahls ausgeschnitten werden. Dabei trägt der Laser das Material fortlaufend entlang einer gewünschten Kontur ab und trennt das Werkstück vollständig.
Bei der Laserkennzeichnung können Stäube und Gase entstehen. Um eine gleichbleibend hohe Qualität zu gewährleisten, müssen diese aus dem Bearbeitungsraum entfernt werden. Auch aus Arbeitsschutzgründen ist eine Absaugung notwendig, die auf die jeweilige Anwendung abgestimmt ist. Um einen möglichst hohen Absauggrad sicherstellen zu können, ist eine Kombination aus Filtern unterschiedlicher Filterklassen sinnvoll.
Filter werden anhand der Partikelgröße unterschieden:
Im Idealfall wird die Luft aus dem Bearbeitungsraum zuerst mithilfe unterschiedlicher Feinstaubfilter vorgefiltert. In einem zweiten Schritt werden auch kleine Partikel mit einem Schwebstofffilter aus der Luft gefiltert. Auf diese Weise können Gesamtabscheidegrade von über 99,9 % erreicht werden.
