Glasinnengravur

Die Glasinnengravur, auch Laserinnengravur genannt, ist ein Verfahren zur Darstellung von Abbildungen dreidimensionaler Körper innerhalb eines transparenten Festkörpers. Neben Glas können auch andere Materialien wie Saphir, Diamant, PMMA und Polycarbonat innengraviert werden.

Glasinnengravur

Verfahren

Zur Erzeugung eines Bildpunktes wird ein Laserstrahl (oder Strahlenbündel) mittels eines Scanners über zwei mit Galvanometern betriebenen Spiegeln auf der X- und Y-Achse abgelenkt und mit einer Linse in das Innere des Glaskörpers fokussiert. Im Fokus ist die räumliche und zeitliche Energiedichte des gepulsten Laserstrahls so hoch, dass durch Ionisierung und Bildung von Plasma das Glas in einem Punkt thermisch zerstört (Rissbildung, Aufschmelzung und Verdampfung) wird, während der noch breite Strahl davor und dahinter weder den beiden Glasoberflächen noch der Fokussierlinse einen Schaden zufügt. Die entstehenden kleinen, wenige µm (Mikrometer) großen Punkte werden bei Tageslicht durch Lichtbrechung und -streuung als weiße Punkte sichtbar.

Drei mechanische Bewegungsachsen, wobei entweder das Objekt oder der Laserkopf mit Scanner bewegt wird, ermöglichen die Anordnung der Punkte an beliebigen Koordinaten im Glasblock. Durch die Anordnung vieler Punkte entstehen zwei- oder dreidimensionale Markierungen im Glas.

Für die Glasinnengravur wird ein gepulster Nd:YAG Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm oder (frequenzverdoppelt) von 532 nm verwendet. Mit Pulswiederholfrequenzen zwischen 500 Hz und 3 kHz können theoretisch 500 bis 3.000 Punkte pro Sekunde im Inneren des Glases erzeugt werden.

Das Glas muss eine glatte und polierte Oberfläche aufweisen, damit der Laserstrahl ungehindert ins Innere des transparenten Materials eindringen kann. Der Strahl würde sonst durch die nicht ebene Fläche des Glases abgelenkt.

Anwendungsbeispiele

Die Glasinnengravur bietet durch die Beschädigungsfreiheit der Oberfläche und die Lage der Gravur im Inneren eine hohe Beständigkeit gegenüber Einwirkungen auf der Oberfläche oder von außen. Schmutz und andere Beschädigungen (z.B. Graffiti oder Kratzer) zerstören und beschädigen nicht die Gravur.

• Bekannt sind Glasblöcke als Werbegeschenke mit dreidimensionalen Produktabbildern oder Firmenlogos im Inneren, Souvenirs (z.B. 3D-Eiffelturm in einem Glasblock). Eine weitere Anwendung sind Markierungen und Beschriftungen von Produkten aus Glas zur Fälschungssicherheit (z.B. Medikamentenfläschchen). Auch Fotos (gerasterte Bilder) oder 3D-Portraits in Glas können erzeugt werden.
• Die Technologie der Glasinnengravur wurde auch bereits für die Umsetzung von dauerhaften und umweltbeständigen Kunstobjekten, wie zum Beispiel dem Grundgesetz 49 des israelischen Künstlers Dani Karavan genutzt.
• 3D-Portrait in Glas

Geschichte

Um 1971 haben russische Physiker erstmalig mit Geschwindigkeiten von einem Punkt pro Sekunde (entspricht 1 Hertz) erste dreidimensionale Strukturen eingelasert. Russische und chinesische Laser-Hersteller haben bis Ende der 1990er Jahre Laser mit Pulswiederholfrequenzen um 30 Hertz angeboten. 1997 gelang es am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik mittels Scannertechnik, eine Pulswiederholfrequenz von 500 Hz umzusetzen, wodurch eine kommerzielle Nutzung möglich wurde. Zur Fertigungsreife gebracht hat das Verfahren 1998 die Vitro Laser GmbH mit Sitz in Minden in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) in Aachen. Der Durchbruch kam eher zufällig. Auf der Messe Hannover 1999 wurde anhand eines 3D-Scanners ein Facescan erzeugt, der anschließend in einen Glasblock 3D gelasert wurde.