Lasermarkieren

Gestaltungsfreiheit dank Laserstrahlung

Markieren mit dem Ultrakurzpuls-Laser

Das Lasermarkieren ist eines der vielseitigsten Verfahren mit gepulsten Lasersystemen und in der industriellen Anwendung bereits gut etabliert. Dabei wird unter dem Begriff Lasermarkieren eine Vielzahl von Verfahren zusammengefasst, unter anderem das Verfärben von Materialien, das Induzieren von Beugungsgittern und das Schwarzmarkieren. Vorteile des Lasermarkierens sind die hohe Prozessgeschwindigkeit sowie die hohe Flexibilität in der Gestaltung der Markierung.

Vielfalt in der Anwendung

Ein Werkzeug – viele Anwendungen. Abhängig von den Anforderungen der jeweiligen Applikation bietet der Laser eine Vielzahl von Möglichkeiten, Oberflächen in ihrem Erscheinungsbild zu verändern. Dabei sind der Kreativität in der Ausgestaltung der Markierung quasi keine Grenzen gesetzt.

Induzieren von periodischen Oberflächenstrukturen

Werden Materialien mit einem Ultrakurzpuls (UKP)-Laser bei geringer Energiedichte bestrahlt, entstehen selbstorganisierte, regelmäßige Strukturen, sogenannte LIPSS (Laser Induced Periodic Surface Structures). Die Periode der Strukturen entspricht dabei ungefähr der Wellenlänge des Bearbeitungslasers, im Normalfall also ungefähr 1 µm. bzw. 0,5 µm bei Verwendung eines grünen Bearbeitungslasers. Diese regelmäßigen Strukturen wirken als Beugungsgitter und erzeugen einen bunten Farbeffekt auf der Oberfläche.

Mikro-Markierung

Mit einer herkömmlichen Fokussierung werden im Normalfall Fokusdurchmesser im Bereich von 10 µm und größer erreicht. Mit dieser Art der Fokussierung können somit Markierungen mit einer minimalen Auflösung von 10 µm bzw. größer erzeugt werden. Dies ist im Normalfall ausreichend, allerdings kann es für bestimmte Anwendungen beispielsweise in der Messtechnik interessant sein, noch feinere Markierungen erzeugen zu können. Dies wird durch die Verwendung einer Spezialoptik möglich. Der Fokusdurchmesser kann mit solch einer Optik auf wenige µm verkleinert werden. Damit werden Markierungen mit einer Schriftbreite von ungefähr 1 µm und größer möglich. Die Positionierungsgenauigkeit beträgt ebenfalls wenige µm, so dass präzise platzierte, kleinste Markierungen erzeugt werden können. Dabei kommt es zu keinen Nachteilen in der Länge des Fokusbereichs. Im Gegenteil, während der Fokusbereich bzw. die Rayleighlänge bei einer herkömmlichen Fokussierung in der Größenordnung von mehreren 100 µm liegt, hat der Fokusbereich bei Verwendung der Spezialoptik eine Länge von mehreren Millimeter. Die Einstellung der Fokusposition relativ zum Werkstück ist somit problemlos möglich und selbst Rundungen oder Unregelmäßigkeiten auf der Werkstückoberfläche können problemlos ausgeglichen werden.

Schwarzmarkieren

Das Schwarzmarkieren ist ein Markierverfahren, welches zu einer äußerst dunklen und kontrastreichen Beschriftung führt. Für dieses Verfahren kommen ebenfalls Ultrakurzpuls-Laser zum Einsatz, welche auf der markierten Oberfläche raue Strukturen im Mikro- und Nanometerbereich induzieren. Hierfür wird der Ultrakurzpuls-Laserstrahl mit einem Scannersystem über das Werkstück bewegt. Dabei bilden sich selbstorganisierte Strukturen auf der Werkstückoberfläche aus. Bei korrekter Einstellung der Bearbeitungsparameter entsteht eine Oberflächenstruktur, welche das Licht durch Mehrfachreflektionen absorbiert anstatt dieses zu reflektieren und so zu einer stabilen schwarzen Färbung führt. Das Besondere an dieser Art der Schwarzfärbung ist ihre Korrosionsbeständigkeit und Blickwinkelstabilität.
Bei einer Schwarzmarkierung handelt es sich um eine stark aufgeraute Oberflächenstruktur mit einer überlagerten Mikro- bzw. Nanostrukturierung. So wird einfallendes Licht sozusagen eingefangen und nicht reflektiert. Während bei herkömmlichen Lasermarkierungen auf einer Stahloberfläche Oxide für einen Großteil des dunklen Farbeindrucks verantwortlich sind, wird dieser bei Schwarzmarkierungen rein durch die Oberflächenstruktur erreicht. Dadurch ergeben sich einige Vorteile:
  • Korrosionsbeständigkeit: Solange die Oberflächenstruktur erhalten bleibt, bleibt auch der Farbeindruck erhalten. Oxide wirken sich dabei nicht negativ aus.
  • Kein Einfluss der Passivierung: Bei der Passivierung werden Oxide auf der Materialoberfläche aufgelöst. Da beim Schwarzmarkieren die Oberflächenstruktur für den Farbeindruck verantwortlich ist, bleibt dieser auch nach der Passivierung erhalten.
  • Kontrastreich: Auf Stahl- und Titanoberflächen wird eine tief schwarze Markierung erzielt, welche sich deutlich von der originalen Oberfläche abhebt.
  • Hohe Präzision: Der Ultrakurzpuls-Laser ist aufgrund seiner guten Strahlqualität gut fokussierbar. Die typischerweise verwendeten Fokusdurchmesser liegen im Bereich weniger 10 µm, womit auch kleine Strukturen präzise markiert werden können. Dank moderner Anlagentechnik mit Positionierungskamera kann die Markierung mit einer Genauigkeit <10 µm auf dem Werkstück platziert werden.

Lasermarkieren mit Nanosekunden-Lasern

Während der Ultrakurzpuls-Laser seine Stärken in der Korrosionsbeständigkeit und Blickwinkelstabilität der Markierungen hat und einzigartige Strukturen wie Beugungsgitter erzeugt werden können, können Materialien mit Nanosekunden-Lasern deutlich kostengünstiger markiert werden. In diesem Bereich arbeitet LightPulse LASER PRECISION mit der Frama GmbH aus Weil der Stadt zusammen. Folgende Markierprozesse sind mit dem Nanosekunden-Laser möglich:
  • Markierung von Metallen durch Gefügeänderung oder Anlassfarben
  • Färben von Kunststoffen mittels Pigmenten, welche während des Herstellprozesses eingebracht wurden
  • Abtragen von Beschichtungen, wodurch ein Kontrast zum Grundwerkstoff entsteht
  • Gravieren
  • Beschriftung von Etiketten aus PU-Folie