Laserbeschriftung

Alle Lasermarkierer haben drei Hauptbestandteile und arbeiten nach dem gleichen Prinzip:

Lasermedium: Im Inneren des Lasers befindet sich ein laseraktives Medium. Es hat die Fähigkeit, zugeführte Energie auf eine bestimmte Weise zu speichern (Populationsinversion). Übermäßig gespeicherte Energie gibt es in Form von Licht (Photonen) ab.

Erregungsmechanismus: Dies ist der Mechanismus, durch den Energie verwendet wird, um die Partikel des Lasermediums zu erregen (Atome oder Moleküle). Energie kann z. B. aus elektrischem Strom, Entladungen oder Lichtquellen zugeführt werden.

Optischer Resonater: Hier wird die gespeicherte Energie in Form eines Laserstrahls aus dem Lasermedium herausgezogen. In der einfachsten Form besteht der optische Resonator aus einem Spiegel an jedem Ende des Lasermediums. Diese Spiegel befinden sich parallel zueinander, sodass Photonen, die an der Achse der beiden Spiegel entlanglaufen, ständig zwischen den Spiegeln reflektiert werden (resonieren). Einer der beiden Spiegel ist 100 % reflektierend. Der andere nur teilweise, sodass einige nicht reflektierte Photonen durchgelassen werden.

So wird ein Laserstrahl erzeugt: Wenn die Photonen das Lasermedium passieren (bedingt durch einen Prozess, der als stimulierte Emission bezeichnet wird), verursachen sie, dass erregte Partikel des Lasermediums überschüssige Energie in Form von anderen Photonen freisetzen. Diese neuen Photonen sind identisch mit den Originalphotonen, die die stimulierte Emission verursacht haben. Sie haben dieselbe Farbe (Wellenlänge), laufen in dieselbe Richtung und sind phasengleich. Die Photonen, die durch den teilweise reflektierenden Spiegel ausgekoppelt werden, bilden den Laserstrahl. Die übrigen Photonen werden in das Lasermedium zurückgespielt, um den stimulierten Emissionsprozess fortzusetzen

Lasergravur / Laserätzen: Hierbei lässt der Laser Material von der Oberfläche verdampfen, ohne dass dabei eine Farbänderung entsteht. Die so entstandene Vertiefung ähnelt einem Prägedruck und kann typischerweise bis zu mehrere Zehntel Millimeter tief sein.

Abtragen der Beschichtung: Wenn durch das Abtragen eine darunterliegende, andersfarbige Lage zum Vorschein kommt, nennt man dies „Farbabtrag“. Das Gravieren bzw. Abtragen ist geeignet für (ggf. beschichtete) Metalle, Kunststoffe, Lacke, Keramiken und Laserbeschriftungsfolien.

Anlassen: Einige Metalle verändern ihre Farbe bei Wärme- und Sauerstoffeinwirkung. Da aufgrund des Oxidationsprozesses nur Gefügeveränderungen stattfinden, erzeugt dieses Verfahren keinen Materialabtrag. Das Verfahren funktioniert z. B. bei Eisenmetallen und Titan. Besonders interessant ist es u. a. für bereits endbearbeitete Oberflächen oder in der Medizintechnik, um erhöhte Sterilisationsvoraussetzungen zu erfüllen.

Karbonisieren und Aufschäumen: Kunststoffe verändern in Folge einer thermochemischen Reaktion die Farbe, wenn sie so hoch erhitzt werden, dass die Molekularverbindungen durchbrechen. Das so entstandene Material kann eine andere Farbe annehmen, sodass eine erkennbare Markierung entsteht. Ob die Oberfläche dabei heller oder dunkler wird, hängt von der Zusammensetzung des Werkstoffs ab.

Laserbeschrifter können sowohl Text und alphanumerische Zeichen als auch 2D-Codes und Grafiken direkt auf Produkte und Verpackungen aufbringen. Somit lassen sich zahlreiche Anwendungen in allen Branchen realisieren. Beispiele hierfür sind:

• Artikel- und Chargennummern zur Rückverfolgung
• Mindesthaltbarkeitsdaten im Rahmen der Kennzeichnungspflicht
• Randomisierte Seriennummern
• Prüfcodes zur Qualitätssicherung
• Logos und Bilder als Teil des Marketings
• EAN-Barcodes für Handelswaren
• Hochauflösende Datamatrix-Codes

Das Ergebnis der Laserbeschriftung ist davon abhängig, wie gut das codierte Material den Laserstrahl absorbiert. Viele Parameter beeinflussen sowohl die Markierbarkeit eines Produktes als auch die Geschwindigkeit, mit der es codiert wird:

• Material und die Farbe der Oberfläche
• Beschriftungsart
• Markierfeldgröße
• Beschriftungs- bzw. Produktionsgeschwindigkeit
• Benötigte Leistungsstärke

Bei der Auswahl des richtigen Lasersystems ist viel Erfahrung notwendig. Bei Bluhm Systeme schauen wir uns jeden Kennzeichnungsfall individuell an. Dazu gehört, dass wir kostenfreie Tests mit Ihrem Produktmuster durchführen, bevor wir Ihnen das ideale Lasersystem empfehlen.

Bei unzureichenden Schutzvorkehrungen und falscher Handhabung können Laserstrahlen Sach- und Personenschäden verursachen. Deshalb müssen bestimmte Unfallverhütungsvorschriften im Betrieb eingehalten werden. Zu diesem Zweck werden Lasergeräte anhand der sogenannten GZS-Werte (Grenzwerte zugänglicher Strahlung) in Laserschutzklassen eingeteilt. Dabei gilt: Je höher die Klassennummer, desto höher das Gefährdungspotential. Die Grenzwerte sind in der Europäischen Norm EN 60825-1 festgelegt.

Bluhm Systeme bietet für alle seine Beschriftungslaser sichere Schutzgehäuse an, mit denen die höchste Laser-Klasse 1 erreicht wird. Das bedeutet, dass die emittierte Strahlung ungefährlich ist und keine zusätzliche Schutzausrüstung benötigt wird.

Verzichtet man auf diese Komplettlösung, können je nach Laser-Klassifizierung weitere bauliche, technische und persönliche Schutzmaßnahmen im Betrieb notwendig sein. Dazu zählen beispielsweise spezielle Abschirmungen, Laserschutzbrillen, Warnschilder oder die Unterweisung durch einen Laserschutzbeauftragten.

Die Laser-Theorie wurde 1957 entwickelt, der erste Laser bereits 1960 hergestellt. Lange Zeit zuvor, um den Jahrhundertwechsel, stellte Albert Einstein Gleichungen auf, die den hauptsächlichen physikalischen Mechanismus beschreiben, durch den Laseraktivität auftritt – obwohl ihm das zu dieser Zeit unbekannt war. Die ersten Lasermarkiersysteme wurden für wissenschaftliche Aufgaben verwendet und waren nicht darauf ausgerichtet, den oft sehr staubigen und nassen Bedingungen im rauen Produktionsumfeld standzuhalten. Außerdem waren sie nicht für den Dauereinsatz geeignet – 24 Stunden am Tag, 7 Tage die Woche – ein Punkt, der heute vorausgesetzt wird. Der Schwerpunkt lag bei der Entwicklung auf widerstands- und leistungsfähigeren Systemen.

Heute werden Laser für spezielle Aufgaben entwickelt. Ihre Eigenschaften sind so ausgerichtet, dass sie mit den Anwendungsbedürfnissen übereinstimmen. Das Spektrum ihrer Einsatzfelder ist breit: Vom Laserschneiden und Laserschweißen in der Metallverarbeitung über die Laserchirurgie in der Medizin bis hin zur Entfernungsmessung beim Tunnelbau.

Auch in der Produktkennzeichnung hat sich die Laserbeschriftung durchgesetzt. Im Industrie 4.0 Zeitalter bedarf es moderner Technologien für steigende Produktionsgeschwindigkeiten, automatisierte Fertigungsprozesse und die zunehmende Personalisierung bei der Kennzeichnung. Die Beschriftungslaser von Bluhm Systeme können diese Aufgaben problemlos bewältigen.

Das ist in erster Linie von der geplanten Anwendung und dem geeigneten Lasertyp abhängig. Allgemein sind Lasermarkierungssysteme in der Anschaffung zwar etwas teurer, doch im direkten Vergleich mit Tintenstrahldruckern oder Etikettiermaschinen zeigt sich: Da die Systeme nahezu wartungsfrei sind und keine Verbrauchsmittel benötigen, rechnet sich der Kauf in vielen Fällen schnell. Hinzu kommt, dass die Investition besonders langfristig ist. Obwohl sich die Lasertechnologie insgesamt sehr schnell entwickelt, ist die Relevanz dieser Fortschritte für die Markieranwendungen in der Produktkennzeichnung begrenzt. 

Natürlich können Beschriftungslaser neben Klarschrift auch Barcodes oder Grafiken aufbringen. Innerhalb des vorgegebenen Markierfelds lassen sich komplexe Layouts realisieren. Die Sichtbarkeit filigraner Strukturen hängt von der Art der Oberfläche ab.