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Laserbeschriften

Allgemeines

Das Laserbeschriften ist ein Verfahren, um verschiedene Objekte mittels eines intensiven Laserstrahls zu beschriften oder zu markieren. Das Licht des Lasers transportiert Energie auf das Material und verändert dort dessen Oberflächenbeschaffenheit, wodurch auf der Oberfläche ein Schriftzug oder ein Bild entsteht. Dies kann, je nach Material, durch eine Reihe verschiedener Vorgänge geschehen:

  • Abtragen von Material
  • Anbrennen
  • Transformation von Pigmenten
  • Bildung von Oberflächenstrukturen

Anwendungsgebiete

Da Laserbeschriftungen schnell und automatisiert erzeugt werden können, eignen sie sich besonders für die Kennzeichnung oder fortlaufende Nummerierung von Einzelteilen, auch mit maschinenlesbaren Barcodes. Der Aufdruck von Haltbarkeitsdaten auf Produktverpackungen ist ein weiteres Beispiel, bei dem das Verfahren zum Einsatz kommt.
Lasergravuren finden jedoch auch in der Kunst Anwendung. So können beispielsweise dreidimensionale Bilder in das Innere von Glas graviert werden.

Das Verfahren

Es gibt mehrere Verfahren, um Laserbeschriftungen herzustellen. Die einfachste Methode besteht darin, eine Maske herzustellen, durch die der Laser hindurchgeht und die dadurch auf das zu beschriftende Objekt projiziert wird. Diese Methode ist sehr schnell und kann sogar bei sich bewegenden Objekten verwendet werden, wie etwa auf einem Fließband. Sie ist jedoch nicht sehr flexibel, da man für jedes neue Motiv eine neue Maske benötigt.

Beim anderen Verfahren wird der Laserstrahl direkt auf das Werkstück gerichtet und tastet die Punkte des Motivs wie ein Raster ab. Die Steuerung erfolgt hier über zwei Spiegel, die sich auf der x bzw. y-Achse bewegen und den Laserstrahl auf den gewünschten Punkt lenken (siehe Infografik). Dann wird der Laser durch eine Linse so fokussiert, dass sein Brennpunkt gerade auf dem Werkstück liegt, so dass die Energieübertragung möglichst hoch ist. Dieser Punkt ist üblicherweise sehr klein, etwa ein Bruchteil eines Millimeters. Nur die Fläche innerhalb dieses Punktes wird vom Laser verändert. Die Oberfläche wird erhitzt und kann verdampfen oder zerbrechen und abblättern.
files/trotec/images/laserbeschriftung.png Dabei ist es fast immer notwendig, die entstehenden giftigen Dämpfe und Bruchstücke von der Oberfläche zu entfernen. Es muss also ein Abluftsystem vorgesehen sein.

Ein Beschriftungslaser muss verschiedene Ansprüche erfüllen. Zum Beispiel sollte der Aufbau kompakt sein und keine aufwändigen Kühlungsmechanismen benötigen. Er muss robust genug sein, um in einer Industrieanlage aufgebaut zu werden. Ferner gibt es einige Anforderungen an den Laser an sich. Er muss gepulst sein, d.h. das Licht in zeitlich begrenzten Portionen (Pulsen) emittieren, so dass ein solcher Puls genug Energie enthält, um die Oberfläche möglichst schnell zu verdampfen, ohne dass sich das umliegende Material erwärmt. Diese Pulse müssen möglichst gleich stark sein und ihre Wiederholungsrate muss hoch genug sein, dass die Beschriftung schnell stattfinden kann.

Geeignete Materialien

Prinzipiell eignen sich fast alle Materialien für die Laserbeschriftung. Unterschiede bestehen nur in den benötigten Verfahren, der Stärke des Lasers und den entstehenden neuen Oberflächenstrukturen.

Bei Materialien wie Holz, Papier oder Leder ist das Laserbeschriften vergleichbar mit einem Brandzeichen. Teile der Oberfläche werden durch den Beschriftungslaser verbrannt und ergeben dann das gewünschte Bild. Diese Materialien sind einfach zu bearbeiten, man benötigt nur relativ schwache Laser mit langen Wellenlängen (um die 10 µm).

Auch einige Kunststoffe lassen sich auf diese Art beschriften. Dabei verdampft der Laser Teile des Kunststoffes. Es kann jedoch passieren, dass das Plastik in der Nähe des Laserstrahls schmilzt, wodurch sich unerwünschte weiche Kanten ergeben. Daher wurden verschiedene Arten Kunststoff entwickelt, die sich besonders für das Laserbeschriften eignen. So enthalten einige Kunststoffe Silikate oder ähnliche Materialien, welche die Abwärme ableiten, oder es werden durch den Laser gezielt Pigmente im Kunststoff zerstört, so dass die Beschriftung eine andere Farbe als der Grundstoff erhält.

Metalle hingegen sind im Allgemeinen mit Lasern nicht so leicht zu bearbeiten, da sie die Energie der langwelligen Laser nicht so gut aufnehmen können. Es werden langwelligere Laser benötigt, mit Wellenlängen um die 1 µm. Es gibt jedoch auch alternative Verfahren. Hierzu gehört der Farbabtrag und die Anlaufbeschriftung.
Beim Farbabtrag wird vorher eine Farbschicht auf das zu bearbeitende Material aufgetragen, die dann durch den Laser wieder abgetragen wird, so dass das ursprüngliche Material durchscheint.
Bei der Anlaufbeschriftung benötigt man ein Metall, das nach Erhitzung auf eine bestimmte Temperatur anläuft, also oxidiert und dadurch seine Farbe verändert. Der Laser verursacht diesen chemischen Prozess dann an bestimmten Stellen der Oberfläche; ein Farbmuster entsteht.

Vor- und Nachteile

Ein Vorteil der Laserbeschriftung ist die Flexibilität hinsichtlich der verwendbaren Materialien: Glas, Metall, Kunststoff, Holz und Papier stellenmögliche Grundstoffe dar. Ferner wird im Gegensatz zu anderen Verfahren, wie zum Beispiel Drucken oder Gravieren, keine Tinte verbraucht und keine Werkzeuge abgenutzt, da Laserbeschriften berührungslos von statten geht. Dadurch können auch schwierige Oberflächen, wie z.B. von sehr kleinen Objekten, mit hoher Präzision und Qualität beschriftet werden.

Ein weiterer großer Vorteil ist die Steuerung des Lasers. Da sich der Laser computergesteuert bewegt, können sehr leicht beliebige, auch automatisierte Motive eingraviert werden. Dadurch eignet sich das Verfahren besonders zum Beschriften von Einzelteilen mit fortlaufenden Nummern, oder zum Personalisieren von Objekten, wie etwa Werbegeschenken.

Der dritte wichtige Vorteil des Laserbeschriftens ist die Haltbarkeit des Resultats. Laserbeschriftungen sind mit Gravuren oder Ätzungen vergleichbar. Sie sind unempfindlich gegen Abrieb, Umwelteinflüssen und Lösungsmitteln und können meist nur durch aufwändiges Abschleifen wieder entfernt werden.

Der größte Nachteil der Laserbeschriftung ist sicher die fehlende Flexibilität in der Farbgebung. Es können prinzipiell höchstens zweifarbige Motive realisiert werden, wobei die Farbauswahl durch die verwendeten Materialien beschränkt ist. Für Anwendungen, die ein mehrfarbiges Motiv benötigen, ist wahrscheinlich ein anderes Verfahren, wie beispielsweise das Bedrucken, besser geeignet.

Sicherheitsmaßnahmen

Die bei der Laserbeschriftung verwendeten Laser sind stark genug um Teile des zu beschriftenden Materials zu verdampfen. Sie können daher besonders an Augen bleibende Schäden verursachen. Es ist daher wichtig, darauf zu achten, dass keine Laserstrahlen aus dem Gerät austreten bzw. dass Personen in der Nähe des Lasers stehts eine geeignete Schutzbrille tragen und niemals direkt in den Laser schauen.