Lasermarkierungen sind buchstäblich überall zu finden – von den Tasten eines Laptops und dem Armaturenbrett eines Autos über den Milchkarton im Kühlschrank und das Logo auf Golfschlägern bis hin zu den Instrumenten, die Chirurgen verwenden. Tatsächlich ist die Markierung heute eine der wichtigsten Anwendungen von Lasern, da sie gegenüber anderen Verfahren, wie beispielsweise dem Druck, viele Vorteile bietet. Als Beispiel sei genannt, dass Laser problemlos eine dauerhafte Markierung auf den meisten Materialien erzeugen können, die sich auch bei häufiger Handhabung des Gegenstands weder ablöst noch verwischt.
Wie funktioniert die Lasermarkierung?
Wenn Lasermarkierungen wirklich überall zu finden sind, bedeutet das dann, dass man mit einem Laser alles markieren kann? Nicht ganz alles, aber die überwiegende Mehrheit der Materialien lässt sich tatsächlich mit einem Laser markieren. Man muss nur den geeigneten Lasertyp auswählen. Sogar Diamant, das härteste bekannte Material, lässt sich mit einem Laser markieren. Und warum ist die Lasermarkierung so wichtig? Bei der Lasermarkierung entsteht auf dem Material, beispielsweise eben auf einem Diamanten, eine kleine, aber unauslöschliche Markierung. Die mit dem Laser erzeugte Markierung fügt kein Material wie beispielsweise Tinte oder Farbe hinzu und verändert somit weder die Eigenschaften noch die Zusammensetzung des ursprünglichen Produkts. Dennoch ermöglicht die mit dem Laser erzeugte Markierung eine eindeutige Identifizierung jedes Produkts und trägt so dazu bei, Verwechslungen oder Betrugsfälle zu vermeiden. Die Lasermarkierung wird natürlich auch für das Branding von Produkten, die Anbringung von Beschriftungen und funktionalen Markierungen genutzt – beispielsweise Beschriftungen auf Bedienelementen, Nummerierungen auf Skalen am Produkt usw.
Wenn der Laser dem Gegenstand jedoch weder Farbe noch anderes Material hinzufügt, wie kann er dann etwas kennzeichnen?
Das hängt vom Produkt ab – aus welchem Material es besteht, wie die Markierung aussehen soll und wie sie verwendet wird. Im weitesten Sinne lässt sich jedoch jede Lasermarkierung im Grunde nur in zwei Kategorien einteilen:
- Lasermarkierungen, bei denen die Oberflächenstruktur entfernt oder verändert wird
- Lasermarkierungen, die eine farbliche oder kontrastreiche Veränderung der Oberfläche bewirken
1) Lasergravur – Markierung durch Abtragung oder Veränderung der Oberflächenstruktur des Produkts
Die Lasergravur ist das Pendant zur mechanischen Gravur. Bei der Gravur wird ein Teil des Materials abgetragen; in diesem Fall brennt oder verdampft der Laser einen Teil des Materials an der Stelle, an der er auf die Oberfläche des Produkts trifft. Die Erzeugung der Markierung besteht also darin, dass durch die Bewegung (oder das Abtasten) des Strahls über das Material die gewünschten Buchstaben, Zahlen, Barcodes oder Grafiken eingraviert werden. Manchmal werden die entstandenen Rillen anschließend mit einem Material gefüllt, das sich farblich von der ursprünglichen Oberfläche abhebt, damit sie besser sichtbar sind, genau wie bei der traditionellen Gravur. Dies ist die einfachste Art der Lasermarkierung, die jedoch gleichzeitig eine sehr hohe Arbeitsgeschwindigkeit bietet. Ein Nachteil dieser Methode ist die Beschädigung der Oberfläche des Produkts. Dennoch ist diese Methode für viele Anwendungen ausreichend und wird häufig eingesetzt.
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2) Lasermarkierung – Markierung, die eine Farbveränderung der Produktoberfläche beinhaltet
Die zweite Methode der Lasermarkierung ist eine Markierung, die lediglich die Farbe der Produktoberfläche verändert, ohne diese zu beschädigen. Es gibt relativ viele verschiedene Möglichkeiten, diese Farbveränderung mit Hilfe eines Lasers je nach dem zu markierenden Material durchzuführen. In fast allen Fällen geht es um die Erzeugung einer kontrastreichen Markierung ohne Beschädigung der Oberfläche, die anschließend leicht gelesen werden kann, sei es durch eine Person, ein Handlesegerät (z. B. für Barcodes oder QR-Codes) oder ein Mobiltelefon oder durch andere Verfahren der maschinellen Bildverarbeitung. Die Lasermarkierung umfasst mehrere Verfahren:
a) Laserkarbonisierung
Bei weißen und transparenten Kunststoffen kann der Laser durch Erhitzen und Karbonisierung des Materials eine dunkle Markierung erzeugen. Die Laserkarbonisierung ist ein Verfahren, das zur Markierung organischer Materialien oder synthetischer Polymere und bestimmter Keramikarten eingesetzt wird. Bei der Karbonisierung organischer Materialien kommt es zur Umwandlung der organischen Substanz in Kohlenstoff. Wenn das Material der Energie des Laserstrahls ausgesetzt wird, karbonisiert es extrem schnell und verwandelt sich in festen Kohlenstoff. Bei der Kennzeichnung von Kunststoffen dringt der Laserstrahl in das Material ein und wird von den Farbpigmenten absorbiert. Wenn sich die Pigmente chemisch verändern, führt dies zu einer Farbveränderung des Materials. Da der Laserstrahl in den Kunststoff eindringt, bleibt die Oberfläche des Materials praktisch unbeschädigt. Die Farbveränderung hängt sowohl vom Pigment als auch vom Grundmaterial ab. Die Laserkarbonisierung von Kunststoffen wird in der Regel an hellen und transparenten Polymeren durchgeführt und führt zu einer dunklen oder grauen Lasermarkierung.
Die Laserkarbonisierung wird auch häufig zur Markierung von Holz eingesetzt, beispielsweise bei der Herstellung von Souvenirs , der Anfertigung von Logos, der Herstellung von Schildern und Anschlagtafeln usw.
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b) Laserschaumbildung (Aufschäumen) und taktile Markierung
Laser-Foaming wird zur Markierung von Kunststoffen und Polymerwerkstoffen eingesetzt. Es handelt sich dabei um eine Kombination aus Gravur und Farbveränderung. Beim Aufschäumen bringt der Laser eine kleine Materialmenge zum Sieden, die sich dann in Form winziger Schaumblasen abkühlt. Diese Blasen werden fest in der Struktur des Materials verankert und erzeugen ein Negativrelief an der Stelle, an der der Laserstrahl auf das Material getroffen ist. Das Laser- Aufschäumen wird am häufigsten bei der Herstellung von Verpackungsmaterialien und in der Automobilindustrie eingesetzt. Es wird auch häufig zur Herstellung weißer oder heller Markierungen auf dunkel gefärbten Kunststoffen verwendet, wie beispielsweise bei Computertasten.
Mit Hilfe eines Lasers lassen sich auch taktile Markierungen erzeugen. Diese Markierung funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie das Laserschaumverfahren, führt jedoch zu einem stärkeren Relief der erzeugten Markierung. Eine so erzeugte Markierung kann dann von jedem ertastet werden, auch von Menschen mit Sehbehinderungen.
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c) Lasermarkierung durch photochemische Reduktion
Im Gegensatz dazu lassen sich farbige und dunkle Kunststoffe mit dem Laser photochemisch färben. Das bedeutet, dass der Kunststoff durch die Einwirkung des Lasers ausbleichen oder eine hellere Farbe annehmen kann. Und genau diese Methode des Bleichens mit dem Laser wird zur Erzeugung fast aller beliebten Abnutzungs- und Beschädigungsmuster auf Jeans verwendet. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass die Einwirkung des Lasers ausschließlich photochemischer Natur ist und keine thermische Komponente aufweist. Es treten somit keine Veränderungen des Materials durch Hitzeeinwirkung auf.
Eine interessante Anwendung dieser Art der Markierung ist die Markierung in die „Zwischenschicht“ des Materials. Das Prinzip ist sehr einfach. Es wird immer auf ein Sandwichmaterial markiert, bei dem die oberste Materialschicht für den Laserstrahl der jeweiligen Wellenlänge transparent ist. Der Strahl durchdringt diese Schicht und reagiert erst in der nächsten Schicht, wo er die gewünschte Farbveränderung hervorruft. Das Ergebnis ist eine Lasermarkierung „im Inneren“ des Materials. Dadurch ist die Markierung selbst gestalterisch sehr ansprechend und zugleich widerstandsfähig gegen Beschädigungen.
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d) Laser-Schwarzmarkierung – die neueste Technik zur Metallmarkierung
Laser können auch auf Metallen Farbveränderungen bewirken. Eine der relativ neuen Methoden zur Metallmarkierung heißt „Laser Black Marking“ und ist besonders beliebt für wiederverwendbare medizinische Geräte, wie chirurgische Instrumente und Endoskope. In diesem Fall verursacht ein Ultrakurzpuls-Laser (USP-Laser) mikroskopische Strukturveränderungen an der Metalloberfläche. Die so veränderte Metalloberfläche reflektiert dann kein Licht mehr und erscheint aus jedem Blickwinkel schwarz. Das Material ist dennoch nicht verbrannt, und auf der Markierung ist keine Struktur erkennbar, die man ertasten könnte. Der Vorteil dieser Methode zur Metallmarkierung besteht darin, dass das Metall nicht passiviert werden muss und auch bei der Sterilisation der Instrumente keinen Veränderungen unterliegt.
Hersteller einiger hochwertiger elektronischer Geräte verwenden dieselbe Methode zur Kennzeichnung von Logos und Seriennummern auf ihren Produkten, da diese Art der Kennzeichnung nicht leicht gefälscht oder verfälscht werden kann.
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Anpassung des Markierungssystems an die jeweilige Anwendung
Welcher Laser und welche Konfiguration für eine bestimmte Lasermarkierungsaufgabe zum Einsatz kommen, hängt nicht nur vom Material, dem gewünschten Erscheinungsbild der Markierung und der erforderlichen Markierungskapazität ab. So wie es viele verschiedene Materialarten gibt, gibt es auch viele verschiedene Lasertypen, die selbst auf demselben Material unterschiedliche Ergebnisse erzielen können. Genau aus diesem Grund bietet Coherent eine breite Auswahl an Lasersystemen für die Markierung an und hilft Ihnen dabei, für jede Anwendung das am besten geeignete Modell auszuwählen. Wenn Sie die Integration der Lasermarkierung in eine neue oder bestehende Produktionslinie planen, bietet Ihnen Coherent ein umfassendes Angebot an Lasersubsystemen für eine einfache und reibungslose Integration, einschließlich Integrationsunterstützung.
Erfahren Sie, wie Ihnen das Anwendungslabor von Coherent bei der Auswahl des geeigneten Lasertyps hilft: ANWENDUNGSLABOR VON COHERENT
