Wichtige Faktoren vor dem Kauf einer Laserbeschriftungsmaschine

Was ist eine Laserbeschriftungsmaschine?

Laserbeschriftung ist eine Methode zur Kennzeichnung verschiedenster Objekte mittels Laser. Das Prinzip: Ein Laserstrahl verändert die optische Erscheinung der Oberfläche, die er trifft. Dies kann durch verschiedene Mechanismen geschehen:

1. Ablation von Material (Lasergravur); manchmal Entfernen einer farbigen Oberflächenschicht.
2. Aufschmelzen eines Metalls, wodurch die Oberflächenstruktur verändert wird.
3. Leichtes Anbrennen (Verkohlung) z. B. von Papier, Pappe, Holz oder Polymeren.
4. Transformation (z. B. Bleichen) von Pigmenten (industrielle Laseradditive) in Kunststoffen.
5. Ausdehnung eines Polymers, wenn z. B. ein Additiv verdampft.
6. Erzeugung von Oberflächenstrukturen wie kleinen Bläschen.

Durch Ablenken des Laserstrahls (z. B. mit zwei beweglichen Spiegeln) können schnell Buchstaben, Symbole, Barcodes und andere Grafiken geschrieben werden, mittels Vektor- oder Rasterscan. Eine andere Methode nutzt eine Maske, die auf das Werkstück abgebildet wird (Projektionsmarkierung, Maskenmarkierung). Diese Methode ist einfach und schneller (auch bei bewegten Werkstücken anwendbar), aber weniger flexibel als Scannen.

„Laserbeschriftung“ steht für Markieren oder Kennzeichnen von Werkstücken und Materialien mit einem Laserstrahl. Dabei werden verschiedene Verfahren unterschieden: Gravieren, Abtragen, Färben, Anlassen und Schäumen. Je nach Material und Qualitätsanforderung hat jedes Verfahren eigene Vor- und Nachteile.

Wie funktioniert eine Laserbeschriftungsmaschine?

Lasertechnologie-Grundlagen

Alle Laser bestehen aus drei Komponenten:

1. Externe Pumpquelle.
2. Aktives Lasermedium.
3. Resonator.

Die Pumpquelle leitet externe Energie zum Laser.

Das aktive Lasermedium befindet sich im Inneren des Lasers. Je nach Aufbau kann es aus einem Gasgemisch (CO₂-Laser), einem Kristallkörper (YAG-Laser) oder Glasfasern (Faserlaser) bestehen. Wird Energie über die Pumpquelle zugeführt, emittiert es Energie in Form von Strahlung.

Das aktive Lasermedium liegt zwischen zwei Spiegeln, dem „Resonator“. Einer dieser Spiegel ist ein Einwegspiegel. Die Strahlung des aktiven Mediums wird im Resonator verstärkt. Gleichzeitig kann nur eine bestimmte Strahlung durch den Einwegspiegel den Resonator verlassen. Diese gebündelte Strahlung ist die Laserstrahlung.

Vorteile einer Laserbeschriftungsmaschine

Hochpräzise Beschriftung bei konstanter Qualität

Dank der hohen Präzision werden selbst feinste Grafiken, 1-Punkt-Schriften und kleinste Geometrien klar lesbar. Gleichzeitig gewährleistet Laserbeschriftung konstant hohe Qualität.

Hohe Beschriftungsgeschwindigkeit

Laserbeschriftung ist einer der schnellsten verfügbaren Markierungsprozesse. Dies führt zu hoher Produktivität und Kostenvorteilen in der Fertigung. Je nach Materialstruktur und -größe können verschiedene Laserquellen (z. B. Faserlaser) oder Lasermaschinen (z. B. Galvo-Laser) die Geschwindigkeit weiter erhöhen.

Dauerhafte Beschriftung

Laserätzung ist dauerhaft und gleichzeitig beständig gegen Abrieb, Hitze und Säuren. Je nach Lasereinstellungen können bestimmte Materialien auch ohne Beschädigung der Oberfläche markiert werden.

Anwendungen von Laserbeschriftungsmaschinen

Vielfältige Anwendungen:

1. Teilenummern, „Verbrauchen bis“-Datumsangaben auf Lebensmittelverpackungen, Flaschen etc.
2. Rückverfolgbare Informationen für Qualitätskontrolle.
3. Kennzeichnung von Leiterplatten (PCBs), elektronischen Bauteilen, Kabeln.
4. Aufdruck von Logos, Barcodes und anderen Informationen auf Produkten.

Im Vergleich zu anderen Markierungstechnologien wie Tintenstrahldruck und mechanischer Markierung bietet Laserbeschriftung Vorteile: sehr hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten, niedrige Betriebskosten (keine Verbrauchsmaterialien), konstante hohe Qualität und Haltbarkeit, Vermeidung von Verunreinigungen, Möglichkeit extrem kleiner Merkmale, hohe Flexibilität in der Automatisierung.

Kunststoffe, Holz, Pappe, Papier, Leder und Acryl werden oft mit relativ leistungsschwachen CO₂-Lasern markiert. Für metallische Oberflächen sind diese Laser aufgrund geringer Absorption bei langen Wellenlängen (~10 µm) weniger geeignet; Laserwellenlängen im 1-µm-Bereich (z. B. lampen- oder diodengepumpte Nd:YAG-Laser, typischerweise Q-geschaltet, oder Faserlaser) sind besser geeignet. Typische Laserleistungen für Markierung: 10–100 W. Kürzere Wellenlängen wie 532 nm (Frequenzverdopplung von YAG-Lasern) können vorteilhaft sein, sind aber nicht immer wirtschaftlich wettbewerbsfähig. Für Metalle wie Gold mit zu geringer Absorption im 1-µm-Bereich sind kurze Laserwellenlängen essenziell.

Metalle

Edelstahl, Aluminium, Gold, Silber, Titan, Bronze, Platin, Kupfer

Der Laser bewährt sich seit Jahren, besonders beim Lasergravieren und -markieren von Metallen. Nicht nur weiche Metalle wie Aluminium, sondern auch Stahl oder sehr harte Legionen können präzise, lesbar und schnell markiert werden. Bei bestimmten Metallen wie Stahllegierungen ist sogar korrosionsbeständige Markierung ohne Beschädigung der Oberflächenstruktur durch Anlassmarkierung möglich. Metallprodukte werden in vielen Branchen mit Lasern markiert.

Kunststoffe

Polycarbonat (PC), Polyamid (PA), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), ABS, Polyimid (PI), Polystyrol (PS), PMMA, Polyester (PES)

Kunststoffe können auf vielfältige Weise mit Lasern markiert oder graviert werden. Mit einem Faserlaser lassen sich viele gängige Kunststoffe wie Polycarbonat, ABS, Polyamid u. v. m. dauerhaft, schnell und hochwertig markieren. Dank kurzer Rüstzeiten und Flexibilität können auch kleine Losgrößen wirtschaftlich markiert werden.

Organische Materialien

Organische Materialien erfordern spezielle Lösungen für dauerhafte Markierungen mit klaren Konturen. Unsere Experten entwickeln Laserbeschriftungssysteme, die diese Anforderungen perfekt erfüllen – Systeme, deren Intensität gesteuert werden kann, um die Wärmeerzeugung im gewünschten Rahmen zu halten.

Glas und Keramik

Materialien wie Glas und Keramik stellen hohe Anforderungen. STYLECNC hat eine Technologie entwickelt, um hochkontrastige, rissfreie Markierungen auf Glas aufzubringen.

Verschiedene Verfahren der Laserbeschriftung

Anlassmarkierung (Annealing Marking)

Spezielle Laserätzung für Metalle. Der Wärmeeffekt des Laserstrahls verursacht einen Oxidationsprozess unter der Materialoberfläche, was zu einer Farbänderung auf der Metalloberfläche führt.

Lasergravur (Laser Engraving)

Die Werkstückoberfläche wird mit dem Laser geschmolzen und verdampft. Der Laserstrahl entfernt Material. Der so erzeugte Eindruck in der Oberfläche ist die Gravur.

Abtragen (Removing)

Der Laserstrahl entfernt die auf dem Substrat aufgebrachten Deckschichten. Ein Kontrast entsteht durch die unterschiedlichen Farben von Deckschicht und Substrat. Typische Materialien: eloxiertes Aluminium, beschichtete Metalle, Folien, Filme, Laminate.

Schäumen (Foaming)

Der Laserstrahl schmilzt ein Material. Dabei entstehen Gasblasen im Material, die das Licht diffus reflektieren. Die Markierung wird heller als nicht geätzte Bereiche. Hauptsächlich für dunkle Kunststoffe verwendet.

Verkohlen (Carbonizing)

Ermöglicht starke Kontraste auf hellen Oberflächen. Während des Prozesses erhitzt der Laser die Materialoberfläche (min. 100 °C) und es werden Sauerstoff, Wasserstoff oder beides emittiert. Übrig bleibt ein dunklerer Bereich mit höherer Kohlenstoffkonzentration. Verwendbar für Polymere oder Biopolymere wie Holz oder Leder. Da Carbonizing immer dunkle Markierungen erzeugt, ist der Kontrast auf dunklen Materialien eher gering.

Farbbeschriftung (Color Marking)

Markierungsverfahren, das MOPA-Faserlaserquelle nutzt, um Farbe auf Metalloberflächen wie Edelstahl, Titan etc. zu markieren. MOPA bezeichnet eine Konfiguration aus Masterlaser (Seedlaser) und optischem Verstärker zur Ausgangsleistungssteigerung.

3D-Markierung (3D Marking)

Das 3D-Laserbeschriftungssystem steuert per Software einen optischen Strahlerweiterungslinsen in optischer Achse hin- und herbewegend, passt die Brennweite des Laserstrahls dynamisch an, sodass der Fokusfleck an verschiedenen Stellen auf der Werkstückoberfläche einheitlich bleibt – so wird 3D-Oberflächen-Laserbearbeitung mit Präzision realisiert.