- Kunde / Systemintegrator: OptiXs s.r.o. für einen namhaften Hersteller von Handwerkzeugen (Endkunde).
- Auftragnehmer: Anwendungslabore von Coherent / Bystronic – Rofin
- Auftrag: Verkürzung der Taktzeit (Cycle Time) bei gleichbleibendem oder verbessertem Kontrast der Lasermarkierung auf Metallaufsätzen (Bits) mit unterschiedlichen Oberflächenbehandlungen (Vernickelung, S2-Vernickelung, Lackierung).
- Zielparameter: Integration in die ExactMark-Maschine, vollständige Ablösung des bestehenden älteren Systems (PowerLine 100 D) und Beseitigung von Produktionsverzögerungen.
- Erfolgskriterien: Erzielung eines dunklen, fehlerfreien Kontrasts ohne physikalische Beeinträchtigung der Oberflächenschicht (Oberflächenanlassen/Oxidation, keine Gravur) und zuverlässige maschinelle Ausrichtung mittels eines On-Axis-Kamerasystems.
1. Analyse eines 100-W-Faserlasers (PowerLine F 100-1064)
Als primäre Lösung wurde der 100-W-Faserlaser Coherent PowerLine F 100–1064 getestet. Die Leistungsreserve dieses Systems ermöglicht eine schnelle Oberflächenoxidation ohne Beschädigung der Schutzschicht (z. B. Nickel).
Das System hat die festgelegten Zeitziele bei den meisten Proben nachweislich übertroffen. Bei der extrem anspruchsvollen Oberfläche „Nikl S2“ konnte die Prozesszeit um 11 % verkürzt werden. Bei einem bestimmten lackierten Bit (TX 9x89) dauerte der Prozess etwas länger, führte jedoch zu einem unvergleichlich höheren und stabileren Kontrast, selbst bei leichter Unschärfe (Defokus).
Tabelle 1: Ergebnisse der Markierung mit dem PowerLine F 100-1064-System (1064 nm, 100 W)
| Oberflächentyp / Probe | Referenzzeit (ursprünglicher Prozess) | Erreichte Zeit (100 W) | Testergebnis |
|---|---|---|---|
| Vernickelte Oberfläche (840/BTZ) | 0,30 s | 0,17 s | Erfüllt. Dunkler Kontrast, glatte Oberfläche. |
| Vernickelte Oberfläche (HOP 2x89) | 0,30 s | 0,30 s | Erfüllt. (Für besonders dunklen Kontrast kann die Zeit auf 1,00 s verlängert werden.) |
| Vernickelte Oberfläche S2 (1,2x6,5x89) | 3,60 s | 3,20 s | Erfüllt. Verbesserte Lesbarkeit auf problematischen Oberflächen. |
| Lackierte Oberfläche (TX 30) | 0,30 s | 0,19 s | Erfüllt. Ideal bei einer Auslastung unter 50 %. |
| Lackierte Oberfläche (TX 9x89) | 0,30 s | 0,45 s | Zeit überschritten. Deutlich bessere Lesbarkeit als beim Referenzstück. |
2. Vergleichstests mit einem 50-W-Faserlaser (PowerLine F 50-1064)
Zum direkten Vergleich wurde auch das 50-W-System Coherent PowerLine F 50-1064 getestet. Aus den Daten geht eindeutig hervor, dass die halbe Leistung an physikalische Grenzen der Energieabsorption im Material stößt.
Auch wenn das System bei einigen Proben die Geschwindigkeit der 100-W-Maschine nachbilden konnte, war der visuelle Kontrast deutlich schlechter. Die Beschriftung war blasser und reflektierte mehr Licht. Die Leistungsreserve der 100-W-Version spielt eine entscheidende Rolle beim Ausgleich von Fokussierungsungenauigkeiten und beim Erreichen eines satten schwarzen Oxidationsfarbtons.
Tabelle 2: Ergebnisse der Markierung mit dem System PowerLine F 50-1064 (1064 nm, 50 W)
| Oberflächentyp / Probe | Referenzzeit | Erreichte Zeit (50 W) | Optisches Ergebnis und Abweichungen |
|---|---|---|---|
| Oberflächentyp / Probe | Referenzzeit | Erreichte Zeit (50 W) | Optisches Ergebnis und Abweichungen |
| Vernickelte Oberfläche (840/BTZ) | 0,30 s | 0,17 s – 0,25 s | Die Beschriftung ist sichtbar, jedoch deutlich heller als beim 100-W-System. |
| Vernickelte Oberfläche (HOP 2x89) | 0,30 s | 0,30 s – 1,20 s | Geringere Konsistenz. Deutlich stärkere Reflexe, weniger intensiver Kontrast. |
| Vernickelte Oberfläche S2 (1,2x6,5x89) | 3,60 s | 3,20 s | Deutlicher Rückgang der Lesbarkeit auf beiden markierten Flächen des Musters. |
| Lackierte Oberfläche (TX 30) | 0,30 s | 0,17 s | Identisches Ergebnis wie beim 100-W-System (genutzte Leistung unter 50 W). |
| Lackierte Oberfläche (TX 9x89) | 0,30 s | 0,45 s – 0,64 s | Geringere Fähigkeit, Fokusabweichungen an den Bit-Wölbungen auszugleichen. |
3. Einschränkungen der 532-nm-Technologie (PowerLine E 25-532)
Der Kunde verlangte die Prüfung eines grünen DPSS-Lasers (Wellenlänge 532 nm), der üblicherweise für spezielle Metalle eingesetzt wird.
Die Technologie führte zu einer radikalen Beschleunigung bei dem problematischsten Material (Nickel S2), bei dem die Zeit von 3,60 s auf 1,60 s reduziert wurde. Dieser Vorteil wird jedoch durch die Instabilität des Prozesses zunichte gemacht. Der 532-nm-Strahl wird von diesen spezifischen Werkstoffen uneinheitlich absorbiert. Die Folge sind unregelmäßige Linienverläufe und die Unmöglichkeit, die Wiederholbarkeit des Prozesses mit identischem visuellen Ergebnis zu gewährleisten.
Tabelle 3: Technische Daten für PowerLine E 25-532 (532 nm, 25 W)
| Oberflächentyp / Probe | Erreichte Zeit (25 W) | Ergebnis |
|---|---|---|
| Vernickelte Oberfläche (840/BTZ) | 0,28 s | Starker Kontrast, jedoch unregelmäßige und uneinheitliche Linienkanten. |
| Vernickelte Oberfläche (HOP 2x89) | 0,50 s | Markierung mit Versatz. Schlechteres Erscheinungsbild der Oxidation. |
| Vernickelte Oberfläche S2 (1,2x6,5x89) | 1,60 s | Deutliche Beschleunigung (von 3,6 s), jedoch absolut inkonsistentes Ergebnis bei verschiedenen Teilen. |
4. Optische Ausrichtung – Bildverarbeitungssystem (PartVision Basic)
Bestandteil der vorgeschlagenen ExactMark-Maschine ist ein integriertes Kamerasystem (TTL-Kamera, direkt in den optischen Strahlengang des Lasers eingebaut), das von der Software Laser Framework gesteuert wird. Während der Tests wurde eine schnelle und zuverlässige Erkennung der Bitkanten nachgewiesen (die Erkennungsgenauigkeit des Musters, der sogenannte „Pattern Score“, lag bei über 80 %). Das System kann die Ausrichtung des Werkstücks automatisch erkennen und den Markierungswinkel anpassen, selbst wenn der Bit schräg eingelegt wird (tolerierte Einlegeabweichung ± 15°). Der Prozess der Kantenerkennung dauert nur Millisekunden und erfolgt vollautomatisch vor dem eigentlichen Start des Lasers.
Fazit und Empfehlung
Die Analyse der harten Daten spricht eindeutig für das System PowerLine F 100-1064. Die 50-W-Variante bietet keine ausreichende Reserve, um einen satten und stabilen Kontrast aufrechtzuerhalten. Der Einsatz eines 532-nm-Lasers erwies sich aufgrund der schlechten Absorptionsstabilität der Oberflächenschichten der untersuchten Werkzeuge als ungeeignet.
Der 100-W-Faserlaser hat nicht nur die Produktionszeiten unter die geforderte Grenze gesenkt, sondern erzeugt gleichzeitig einen hervorragenden Kontrast der Oberflächenoxidation, der mit geringerer Leistung nicht zuverlässig reproduziert werden kann. Dieses System ist vollständig für die anspruchsvolle Integration in die ExactMark-Maschine vorbereitet.
