Die Laser-Tiefengravur ist ein Verfahren, das einen stark fokussierten Lichtstrahl nutzt, um 3D-Formen in Metalle zu gravieren. Gepulste Faserlaser sind dabei die besten Werkzeuge für diese Art der Tiefgravur, da sie eine hohe Spitzenleistung erreichen, die zum Herausarbeiten von Metalloberflächen nötig ist.
Lasergravur und Tiefgravur unterscheiden sich jedoch nicht so sehr. Die Tiefengravur ist im Grunde einfach tiefer, dauert länger und umfasst meist Oberflächenanforderungen, die sowohl visuell als auch haptisch angenehm sind. Wer solche Anforderungen an Tiefe und Ästhetik hat, der findet in diesem Artikel einige Antworten.
Mit einem Laserexperten sprechen
Bei der Tiefgravur kann die Tiefe problemlos einige Millimeter in Metalle hineinreichen. Das steht in deutlichem Gegensatz zur normalen Lasergravur, die typischerweise nur wenige Mikrometer tief ist.
Allerdings kann auch eine reguläre Lasergravur bis zu 500 Mikrometer tief ausgeführt werden. Das ist beispielsweise bei einer strahlverfahrenbeständigen Laserbeschriftung häufig der Fall.
Der eigentliche Unterschied besteht darin, dass für die Tiefengravur konkrete Anforderungen an Tiefe und Ästhetik gelten. Bei der gewöhnlichen Lasergravur steht dagegen häufig ein hoher Kontrast im Vordergrund, damit die Anforderungen an die Rückverfolgbarkeit erfüllt werden. So ähnlich wie beim Laserätzen.
Die Laser-Tiefgravur wird verwendet, um 3D-Formen wie Logos, Zeichnungen, Text, Seriennummern und Barcodes in Teile und Werkstücke einzuschneiden. Es ist ein hochwertiges Verfahren, dessen Ergebnisse wiederholbar, gleichmäßig und präzise sind.
Dieses Verfahren wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Am häufigsten sind die tiefe Logo-Gravur, die Gravur von Prägeplatten und die Gravur von Formeinsätzen (besonders für Automobilteile).
Weitere Beispiele sind das Gravieren hochwertiger Metallteile wie individueller Knöpfe und Waffen. Die Metall-Tiefgravur kann auch verwendet werden, um ein 3D-Teil vollständig herauszuarbeiten oder Material abzutragen.
Sie müssen mit Vorsicht vorgehen, wenn Sie Edelstahl tief gravieren wollen, da Sie dabei die schützende Oxidschicht entfernen, die das Rosten verhindert. Edelstahl kann während des Prozesses außerdem die Farbe wechseln. Farbveränderungen entstehen durch bestimmte Legierungen, sind aber meist darauf zurückzuführen, wie die Laserparameter konfiguriert sind.
Wenn der Laser so konfiguriert ist, dass er so schnell wie möglich graviert, neigt Edelstahl dazu, sich schwarz zu färben. Um eine saubere Oberflächenbeschaffenheit zu erhalten, wird der Prozess mehr Zeit in Anspruch nehmen.
Wichtig ist zu bedenken: Da die schützende Schicht entfernt wird, müssen Sie das Rosten durch einen zusätzlichen Prozess verhindern, etwa durch Lackieren, Verchromen und so weiter.
Bei der Auswahl eines Lasers gehört die Laserleistung zu den wichtigsten Parametern, um die geforderte Taktzeit zu erreichen. Ein 500-W-Laser arbeitet zwar nicht zwangsläufig fünfmal schneller als ein 100-W-Laser, ist aber dennoch deutlich schneller.
Für die meisten Tiefengravuranwendungen sind mindestens 100 W erforderlich. Laserax bietet dafür zwei Lasertypen an. Der Hochleistungs-Faserlaser beginnt bei 200 W. Als kostengünstigere Variante steht außerdem ein 100-W-Faserlaser zur Verfügung.
Eine Tiefengravur ist auch mit weniger als 100 W möglich. Die Gravurzeiten können dann jedoch zu lang werden, weshalb Laserax diese Auslegung nicht empfiehlt.
So überraschend es klingen mag: Die Laserleistung ist nicht der wichtigste Parameter, um beim Gravieren eine hohe Geschwindigkeit zu erreichen. Die Linse ist wichtiger.
Linsen steuern, wie der Laserstrahl fokussiert wird, und nur ein stark fokussierter Strahl kann die Intensität erreichen, die für die Tiefgravur nötig ist. Die richtige Linse kann die Gravurgeschwindigkeit effektiv verdoppeln.
Unsere Laserexperten führten Tests mit einer 254-mm-Linse und einer 420-mm-Linse durch. Die Ergebnisse zeigen, dass die kleinere Linse am effektivsten ist.
Gravurgeschwindigkeiten eines 100-W-Faserlasersystems
| Verwendete Linse und Material | Gravurgeschwindigkeit |
|---|---|
| 254-mm-Linse auf Aluminium | 0,41 bis 0,70 mm3/s |
| 420-mm-Linse auf Aluminium | 0,22 bis 0,36 mm3/s |
| 254-mm-Linse auf Stahl | 0,05 bis 0,11 mm3/s |
| 420-mm-Linse auf Stahl | 0,04 bis 0,09 mm3/s |
Die Scangeschwindigkeit bezeichnet die Geschwindigkeit, mit der sich der Laserstrahl bewegt. Bei einer niedrigeren Scangeschwindigkeit bleibt der Strahl länger über derselben Fläche. Dadurch wird dort mehr Energie eingebracht, sodass tiefer und schneller graviert werden kann. Ab einem bestimmten Punkt kann die zu hohe Energiezufuhr die Oberfläche jedoch überhitzen und verfärben.
Ob eine hohe oder niedrige Scangeschwindigkeit erforderlich ist, hängt von den Qualitäts- und Taktzeitanforderungen ab. Entscheidend ist das richtige Verhältnis zwischen Geschwindigkeit und Qualität. Bei Mustertests für Kunden zeigt Laserax unterschiedliche Ergebnisse, aus denen der Kunde die bevorzugte Ausführung auswählen kann.
Bestimmte Metalle, darunter Aluminium, lassen sich schneller und tiefer gravieren, wenn sie vorgewärmt werden. So erreichen sie schneller die für die Ablation erforderliche Temperatur. In Tests von Laserax konnte Aluminium innerhalb derselben Zeit bis zu 40 % tiefer graviert werden.
Zum Vorwärmen können Heizplatten in die Lasergraviermaschine integriert werden.
Die Zeilenbreite ist die Strecke, die der Laserstrahl über eine bestimmte Zeile zurücklegt, bevor er eine neue Zeile beginnt. Jedes Mal, wenn der Laser eine neue Zeile beginnt, gibt es eine kleine Verzögerung von etwa 0,03 Sekunden, die als Schraffurgeschwindigkeit bekannt ist. Diese Verzögerung mag unbedeutend erscheinen, doch sie summiert sich!
Bei einer kurzen Zeilenbreite von 1 mm kann die Verzögerung durch die Schraffurgeschwindigkeit mehr als 50 % der Markierungszeit ausmachen. Bei einer längeren Zeilenbreite von 50 mm sind es vielleicht nur 10 %.
Vereinfacht gesagt steigt die Gravurgeschwindigkeit mit der Linienlänge. So kann ein kleines Logo beispielsweise mit 1 mm3/s graviert werden, während bei einem großen Logo 2,51 mm3/s erreicht werden. Aus diesem Grund gibt Laserax für seine Laser Geschwindigkeitsbereiche an.
Laser für die Tiefengravur werden idealerweise in eine manuell bediente Laserbeschriftungsmaschine integriert. Der Hauptgrund dafür ist die lange Prozessdauer: Die Tiefengravur eines einzelnen Bauteils kann mehrere Minuten oder sogar mehrere Stunden dauern.
Da keine Automatisierung erforderlich ist, sind Maschinen für die Tiefengravur kostengünstiger als andere Maschinentypen. Der Bediener startet den Prozess und kehrt nach dessen Abschluss zurück, um ein neues Bauteil einzulegen.
Zur Sicherheit müssen Sie zwei Dinge wissen.
Erstens müssen die Beschäftigten vor dem Laserstrahl geschützt werden. Dafür genügt eine Einhausung mit Lasersicherheitsklasse 1, die nach internationalen Normen einen vollständig sicheren Betrieb ermöglicht.
Zweitens entstehen bei der Tiefengravur Staub und Dämpfe, weil die Oberfläche der Bauteile verdampft wird. Da dabei viel Material abgetragen wird, ist eine Laserrauchabsaugung erforderlich. Sie sorgt dafür, dass die Luft am Arbeitsplatz sauber bleibt.
Wenn Sie ein Projekt planen und eine Lasergraviermaschine benötigen, können Sie Ihre Anforderungen mit einem Laserexperten besprechen und Musterteile beschriften lassen.
Mit einem Laserexperten sprechen
Mit einem Doktortitel in Laserverarbeitung zählt Alex zu den beiden Laserspezialisten, die Laserax gegründet haben. Heute ist er Vice President und Chief Technology Officer und leitet das Team, das Laserprozesse für Anwendungen in den Bereichen Lasermarkierung, Reinigung, Texturierung und Schweißen entwickelt.
Der Markt für industrielle Laserbeschriftung hat sich in den vergangenen Jahren durch technische Fortschritte stark verändert. Was als Alternative zu Markierungsverfahren begann, ist heute der Standard für die dauerhafte Produktkennzeichnung in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Medizintechnik-, und Elektronikfertigung.
Die Halbleiterfertigung erfordert unglaubliche Präzision. In einer Branche, in der ein Mikrometer als groß gilt, können selbst kleine Prozessabweichungen die Ausbeute oder Leistung beeinträchtigen. Die Laserbeschriftung von Wafern ist oft die beste Lösung, da sie eine berührungslose Verarbeitung mit hoher Wiederholbarkeit und Integration in automatisierte Arbeitsabläufe bietet.
In der industriellen Fertigung, wo es vor allem auf Geschwindigkeit und Langlebigkeit ankommt, hat sich das Lasergravieren als eine der effizientesten und zuverlässigsten Lösungen für eine hochwertige Teilekennzeichnung bewährt. In diesem Artikel gehen wir auf die wichtigsten Aspekte des Lasergravierens von Aluminium ein – von der Funktionsweise bis hin zur Auswahl des besten Geräts für Ihre spezifischen Anforderungen.
