Laserbeschriftung

lasergraviertes SMD-Elektronikbauteil (Diode)

mit Laser geschnittene und gravierte Frontplatte aus rostfreiem Stahl (Hellfeldaufnahme)

mit dem gleichen Kohlendioxidlaser geschnittene und gravierte Plexiglasplatte (Dunkelfeldaufnahme)

Unter Laserbeschriftung versteht man das Beschriften oder Markieren von Objekten mit Hilfe eines intensiven Laserstrahls. Im Gegensatz zum Laserdruck, bei dem mit einem schwachen Laserstrahl nur der Pigmentauftrag auf dem bedruckten Material gesteuert wird, wird bei der Laserbeschriftung das beschriftete Material selbst verändert. Das Verfahren und der Energieeinsatz hängen daher vom Material ab. Laserbeschriftungen sind wasser- und wischfest und sehr dauerhaft. Sie können schnell, automatisiert und individuell erzeugt werden, weshalb das Verfahren gerne zur Nummerierung von Einzelteilen verwendet wird. Auch das Anbringen von sehr kleinen maschinenlesbaren Kennzeichnungen, wie zum Beispiel dem QR-Code oder dem Datamatrix, direkt auf Produkten ist hiermit möglich.

Prinzipien

Lasermarkierungen werden zur Kennzeichnung bei Tachometern, Fleecejacken, Golfbällen, HiFi-Boards, Juwelen, Geschirr oder Tabletten eingesetzt ^[1]). Je nach Material werden verschiedene Effekte mit der Laserbeschriftung erzielt.

Organische Materialien

Bei organischen Materialien wie Papier, Pappe, Holz oder Leder werden durch die lokale Aufheizung chemische Umwandlungsreaktionen ausgelöst, die sich in einer Farbänderung äußern. Das ist vergleichbar mit dem Setzen eines Brandzeichens. Bei den ebenfalls organischen Kunststoffen kann das zwar auch der Fall sein, häufig werden aber spezielle Kunststoffe eingesetzt, bei denen durch das Erhitzen ein gezielter Farbumschlag stattfindet. Das erweitert das Spektrum der erzielbaren Farbvarianten.

Ein Beispiel für dieses Verfahren sind Computertastaturen.

Mit dem Kohlendioxidlaser lassen sich auch Gravuren in Plexiglas einbringen. Dessen Strahlung wird von fast allen für Licht transparenten organischen Werkstoffen absorbiert. Lasergravuren in Plexiglas sind nicht verfärbt, sie bilden einen Kontrast lediglich aufgrund ihrer Lichtstreuung (rauhe Oberfläche). Sie können mittels Beleuchtung der Materialkante (vgl. Flutlicht) von innen beleuchtet werden, sodass ausschließlich die Gravuren in einer ansonsten transparenten Platte leuchten.

Farbabtrag

Eine weitere Variante der Laserbeschriftung ist der gezielte Farbabtrag von beschichteten Gegenständen, so dass die darunterliegende Farbe der Gegenstände hervortritt.

Der Farbabtrag wird seit Ende der 1980er Jahre u.a. im Automobilbau genutzt, um die Symbole von innen beleuchteter Bedienelemente zu fertigen. Zumeist werden transluzente Kunststoffe eingesetzt, die in der gewünschten Farbe lackiert werden. Mit dem Laserstrahl wird dann das gewünschte Symbol aus der Lackoberfläche „herausgebrannt“. Die Vorteile der Laserbeschriftung liegen in der sehr kurzen Vorbereitungszeit bei Änderungen der Symbolik und in der Robustheit der Beschriftung. Der Laser stellt dabei die rationellste und prozesssicherste Möglichkeit der Beschriftung dar.

Auch viele Verpackungen werden laserbeschriftet. So werden z.B. Chargennummern auf metallbeschichteten Papieretiketten eingebracht. Die Beschriftung erfolgt im Maskenprojektionsverfahren mit einem Schuss, sodass die auf einem Band geförderten Waren nicht angehalten werden müssen.

Eine weitere Variante ist das Gravieren eingefärbter Eloxalschichten auf Aluminium. Hier müssen die organischen Farbstoffe lediglich durch Erhitzen der Eloxalschicht pyrolysiert werden – die Eloxalschicht bleibt teilweise erhalten. Man setzt Kohlendioxidlaser ein, deren Strahlung im mittleren Infrarot von der Eloxalschicht unabhängig vom Farbstoff gut absorbiert wird.

Anlassbeschriftung

Bei metallischen Oberflächen ist auch eine Anlaufbeschriftung möglich. Manche Metalle, die bis zu einer bestimmten Temperatur erhitzt werden, erhalten durch Oxidationsprozesse auf der Oberfläche einen farbigen Überzug. Bei Stahl ist das als Bläuen bekannt, an verchromten Auspuffrohren von Motorrädern ist der Effekt in den verschiedenen temperaturabhängigen Stadien gut zu beobachten. Ein ebensolcher Farbumschlag lässt sich auch durch die thermische Wirkung eines Lasers erzielen.
Auch beim Erhitzen mit dem Laser bis über den Schmelzpunkt (Umschmelzen) entstehen solche Anlauffarben. Voraussetzung ist immer, dass mit sauerstoffhaltigem Blasgas (z.B. Luft) graviert wird. Die Schriftfarbe ist meist braun

Gravur

Durch den laserinduzierten Materialabtrag ist auf allen Materialien, selbst auf und in Glas, eine Gravur möglich. Graviert wird mit gepulsten Lasern, die durch Spiegelscanner abgelenkt werden. Es ist sowohl vektorgesteuerte als auch rasterorientierte Gravur üblich. Die Gravur geht nicht immer mit einer Farbänderung einher, ist jedoch zumindest als Kontrast unterschiedlicher Oberflächenstrukturen sichtbar. Lasergravuren dieser Art sind sehr dauerhaft – sie können nur durch tiefes Abschleifen entfernt werden. Sie werden daher u.a. zur fälschungssicheren Gravur von Metallteilen (Kugellager usw.) eingesetzt.

Glasinnengravur

Bei der Innengravur von transparenten Materialien wie Plexiglas oder Glas wird der Laser im Innern des Materials fokussiert. Nur im Fokus und in dessen unmittelbarer Nähe werden so hohe Feldstärken erreicht, dass das Material nicht mehr transparent ist und die Laserenergie absorbiert. Dadurch erhitzt sich das Material kurzzeitig lokal auf bis zu 20.000 °C. Nach dem Abkühlen bleibt eine undurchsichtige oder Licht streuende Stelle im Material zurück. Führt man den Fokus des Lasers durch das Material, lassen sich so dreidimensionale Abbildungen gravieren.

Einzelnachweise

1. ↑ Info zur Lasermarkierung, pdf