Lasergravierer für die Metallführung (CO2 vs. Glasfaser vs. Diode)

Ein Lasergravierer ist eine hervorragende Lösung für die dauerhafte Beschriftung von Metallteilen mit Barcodes, 2D-Codes, Seriennummern, Logos und Zeichnungen.

Glasfaser-Laser, CO2-Laser und Diodenlaser können zwar alle zum Gravieren von Metall verwendet werden, welche Art von Lasergravierer Sie jedoch benötigen, hängt von der Verwendungsweise ab. Wenn Sie eine Produktionsstraße betreiben, benötigen Sie einen Faserlaser. Wenn Sie ein kleines Unternehmen haben oder als Anfänger einfach nur Heimwerkerprojekte durchführen möchten, ist ein CO2-Laser oder ein Diodenlaser möglicherweise ausreichend.

In diesem Artikel vergleichen wir die verschiedenen Arten von Lasergravierern und erörtern, was ihre Kosten beeinflusst.

Arten von Lasern für das Gravieren von Metall

Während sich Glasfaser-Laser ideal für das Gravieren von Metall eignen, können auch CO2-Laser und Diodenlaser zur Erzeugung von Markierungen auf Metall verwendet werden. Betrachten wir die Funktionsweise und die jeweilige Preisklasse der einzelnen Arten von Metallgravierern.

Glasfaser-Lasergravierer

Glasfaser-Laser sind aufgrund ihrer Geschwindigkeit, Präzision und Effizienz die besten Lasergravierer für Metall. Die Laserquelle ist mit Ytterbium (Yb) dotiert, so dass der Laser eine Wellenlänge von ≈1.064 nm erzeugen kann, die gut mit Metallen reagiert. Ytterbium-dotierte Glasfaser-Laser können alle Arten von Metallen gravieren, darunter Aluminium, Stahl, rostfreier Stahl, eloxiertes Aluminium, Magnesium, Blei, Zink und Kupfer.

Glasfaser-Laser können an unterschiedliche Gravieranforderungen angepasst werden, da sie auf drei Verfahren beruhen, um Metalle dauerhaft zu markieren:

• DasLaserätzen erzeugt kontrastreiche Schwarz-Weiß-Beschriftungen in hoher Geschwindigkeit. Die verschiedenen Farben werden durch eine Veränderung der Oberflächenmikrostruktur erreicht. Weiß ist das Ergebnis von diffusen Reflexionen, und Schwarz ist das Ergebnis von eingefangenem Licht.
• BeimLasergravieren werden tiefe, dauerhafte Markierungen durch das Verdampfen von Materialschichten auf der Oberfläche erzeugt. Die daraus resultierenden Markierungen können Abrieb und verschiedenen Nachbehandlungen standhalten.
• BeimLaserglühen werden schwarze Markierungen unter der Oberfläche erzeugt, um die Oberflächeneigenschaften des Materials (z. B. Korrosionsbeständigkeit) zu erhalten. Dabei werden Metalle auf Eisenbasis (wie Stahl und Edelstahl) langsam mit einem Laserstrahl erhitzt. Bei der Erhitzung des Metalls diffundiert Sauerstoff unter die Oberfläche, was zu einer inneren Oxidation führt.

Alle diese Verfahren können mit demselben Laser durchgeführt werden. Jeder Prozess wird durch Anpassung der Laserparameter und der Linsenkonfiguration erreicht. Glasfaser-Laser sind teurer als andere Lasertypen und eignen sich besser für industrielle Anwendungen, die eine permanente Rückverfolgbarkeit, Schnelligkeit, Beständigkeit und geringen Wartungsaufwand erfordern. Industrielle Laserbeschriftungsgeräte beginnen bei 120.000 USD. Tischlaser liegen preislich zwischen 5.000 USD und 25.000 USD.

CO2-Lasergravierer

CO2-Laser sind für das Gravieren von Metall nicht ideal. Das liegt daran, dass ihre Wellenlänge (≈10,6 µm) von Metalloberflächen nicht effizient absorbiert wird. Nur ein geringer Prozentsatz der Laserenergie wird absorbiert, so dass eine Laserablation auf Metalloberflächen nicht möglich ist.

CO2-Laser können zwar keine Metalle gravieren, aber sie können zur Erzeugung von Markierungen mit einer von zwei Methoden verwendet werden:

• Entfernung der Beschichtung: CO2-Laser können beschichtete Produkte gravieren, indem sie die Beschichtung selektiv entfernen (oder abbrennen), so dass das blanke Metall zum Vorschein kommt. Beispiele sind eloxiertes Aluminium und pulverbeschichteter Edelstahl. Bei dieser Methode wird das Metall selbst nicht graviert. Die Markierung entsteht durch den Kontrast zwischen der Beschichtung und dem blanken Metall.
• Bonding: Vor dem Einsatz des Lasers kann ein Markierungsspray (z. B. CerMark) auf die Oberfläche aufgesprüht werden. Es verbindet sich mit der Oberfläche durch eine chemische Reaktion mit dem Laserstrahl. Der Rest des Sprays, der nicht verklebt ist, muss manuell entfernt werden. Das Ergebnis ist ein klarer schwarzer Fleck, der sich gut von der blanken Metalloberfläche abhebt. Es handelt sich nicht um eine normale Gravur wie bei Glasfaser-Lasern (bei denen sich der Laser in das Metall gräbt).

Dioden-Lasergravierer

Diodenlaser können zum Gravieren von Metallen verwendet werden, wenn die Gravur relativ einfach und mit geringer Leistung erfolgen soll. Diese Einsteiger-Lasersysteme sind erschwinglicher als andere Lasertypen (einige sind schon für ein paar hundert USD erhältlich), haben aber eine begrenzte Ausgangsleistung und eine geringere Strahlqualität.

Bei Diodenlasern wird die Wellenlänge durch die Energiebandlücke des Halbleitermaterials (d. h. die Energiedifferenz zwischen zwei elektronischen Bändern) bestimmt. Diodenlaser sind in einer Vielzahl von Wellenlängen erhältlich, die ideale Wellenlänge für das Gravieren von Metallen ist jedoch 1.064 nm.

Andere Wellenlängen (z. B. blaue Laserdioden zwischen 400 und 500 nm) können ebenfalls zum Gravieren von Metallen verwendet werden, allerdings mit anderen Ergebnissen. Hier ist der Unterschied:

• Direkte Kennzeichnung: Mit einer Wellenlänge von 1.064 nm gravieren Diodenlaser Metalloberflächen ähnlich wie Glasfaser-Laser. Gravierungsanwendungen sind jedoch aufgrund ihrer geringeren Ausgangsleistung und Präzision begrenzt.
• Bonding: Bei anderen Wellenlängen (z. B. 455 nm blaues Licht) benötigen Sie normalerweise ein Markierungsspray, um eine Markierung auf Metall zu erzeugen (wie bei CO2-Lasergravierern).

Um eine höhere Präzision zu erreichen, werden einige Diodenlaser in eine Glasfaser eingekoppelt. Diese Laser werden als glasfasergekoppelte Diodenlaser bezeichnet. Durch die Glasfaserkopplung kann das von den Diodenlasern erzeugte Laserlicht in die Glasfaser geleitet werden, die bessere Lichtleiteigenschaften bietet.

9 Faktoren, die sich auf die Kosten eines Laser-Metallgravierers auswirken

Die Kosten für eine Lasergraviermaschine können von einigen hundert bis zu einer halben Million USD reichen. Folgende Faktoren beeinflussen ihre Kosten. Sie dienen dem Verständnis, warum es sich lohnen kann (oder nicht), mehr für einen Laser zu bezahlen.

1. Lasertechnik: Glasfaser-Laser sind zwar teurer, weisen jedoch eine höhere Präzision, Graviergeschwindigkeit, Kontrolle und Lebensdauer auf. Außerdem sind sie weniger wartungsintensiv und verbrauchen weniger Energie. CO2-Laser stehen hinsichtlich der Kosten an zweiter Stelle. Allerdings sind ihre Betriebs- und Wartungskosten höher als die von Glasfaser-Lasern. Diodenlaser sind am preiswertesten.
2. Laserleistung: Die Laserleistung ist einer der wichtigsten Faktoren, die sich auf den Preis auswirken. Laser mit höherer Leistung können Metalloberflächen schneller gravieren, haben aber auch einen höheren Preis. In Produktionsstraßen werden Laser mit höherer Leistung zur Vermeidung von Engpässen benötigt.
3. Sicherheitsmerkmale: Bei jedem Laser, der Metall gravieren kann, besteht die Gefahr von Augenverletzungen, Hautverbrennungen und Bränden. Staub und Dämpfe, die beim Gravieren von Metall entstehen, können auch für die Bediener gefährlich sein. Einige Laser sind mit Sicherheitsmerkmalen wie Gehäusen der Schutzklasse 1 und Staubabsaugungen ausgestattet, die zwar die Kosten des Lasers erhöhen, die Sicherheit jedoch gewährleisten. Andere Laser wie Tisch- und Handlaser bieten wenig oder gar keinen Schutz. Sicherheitsmerkmale erhöhen die Kosten, machen aber Sicherheitsschulungen und Schutzausrüstung überflüssig.
4. Kühlungsmerkmale: Laser erzeugen Wärme und müssen zur Vermeidung von Überhitzung gekühlt werden. Für die verschiedenen Laser gibt es unterschiedlich gute Kühlkomponenten (Lüfter, Kühlkörper, Wasserkühlungen usw.) Günstigere Laser haben unter Umständen nicht einmal eine integrierte Kühlung, was ihre Nutzungsdauer begrenzt.
5. Optische Komponenten: Optische Komponenten spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Leistung und Qualität des Lasergraviervorgangs. Sie beeinflussen Faktoren wie Strahlqualität, Fokusgenauigkeit, Haltbarkeit der Komponenten, Wärmemanagement und Geschwindigkeit. Wenn Sie Wert auf Geschwindigkeit, Wiederholgenauigkeit und minimale Wartung legen, sind hochwertige Komponenten unerlässlich.
6. Automatisierung und Motorisierung: Einige Laser sind als schlüsselfertige Lösungen für Produktionsstraßen erhältlich. Sie umfassen Merkmale wie automatische Türen, Drehtische und Roboterkompatibilität.
7. Gravierbereich: Die Größe des Gravierbereichs kann bestimmen, welche Projekte möglich sind. Einige Laser können Lasergravuren in einem größeren Arbeitsbereich durchführen, da sie auf einer CNC-Steuerung, einem Portalsystem oder an einem Roboterarm montiert sind.
8. Benutzeroberfläche: Beim Kauf eines Lasers vergisst man leicht die Benutzeroberfläche, aber eine gut gestaltete und einfach zu bedienende Benutzeroberfläche kann den Unterschied zwischen einem Laser, den man mag, und einem, den man hasst, ausmachen. Dies ist besonders wichtig für Heimwerker und Bastler, die ihre eigenen Laserverfahren programmieren oder einstellen wollen, ohne Laserexperten zu sein.
9. Kommunikation: Wenn Sie eine Produktionsstraße betreiben, ist die einfache Integration des Lasers mit Ihren Steuerungssystemen von entscheidender Bedeutung. Die Kommunikationsprotokolle müssen kompatibel sein, damit das Lasersystem die Markierungsinformationen von der Steuerung der Produktionsstraße empfangen kann. Die SPS der Produktionsstraße muss auch den Markierungsstatus und die Bestätigung erhalten, dass der Markierungsvorgang durch das Lasersystem abgeschlossen wurde.

Kontaktieren Sie uns für fachkundige Beratung

Die Wahl zwischen einem CO2-, Glasfaser- oder Diodenlaser ist nicht immer einfach. Das hängt von Ihren spezifischen Bedürfnissen, Ihrem Budget und Ihren Projektanforderungen ab. Wenden Sie sich an uns, wenn Sie Einzelheiten zu Ihrer Gravieranwendung besprechen möchten. Laserax bietet eine Reihe von Laserlösungen für die industrielle Rückverfolgbarkeit an, und wir helfen Ihnen gerne, die beste Investition zu tätigen.

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