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Wie Man Sich Den Besten Faserlaser-Gravierer Aussucht

authorIcon Veröffentlicht von Jerome Landry, 01. Oktober 2020 topicIcon Laserbeschriftung

Den richtigen Lasergravierer für Ihre Anwendung auszuwählen, ist eigentlich sehr einfach. Man muss nur die Grundlagen Faserlasergravur verstehen, um einfach zu erkennen was Sie benötigen.

Zu Beginn muss man verstehen, dass es so etwas wie einen "Faserlaser-Gravierer" nicht gibt. Für das Gravieren von Metall wird zwar ein Faserlaser eingesetzt, aber der gleiche Laser könnte auch für die Laserreinigung sowie für verschiedene Laserbeschriftungsanwendungen konfiguriert werden.

In diesem Artikel finden Sie Antworten auf folgende Fragen:

Wie funktioniert die Faserlasertechnologie?

Was für Faserlaserarten gibt es?

Jeder Faserlasertyp besteht aus einer Laserquelle, einer Laserstrahlleistung, einer Linsenkonfiguration und Laserparametern. Aus diesem Grund gibt es eine Vielzahl von Faserlaser, die unterschiedliche Vorteile bieten. Die Wahl der richtigen Technologie ist der Schlüssel zu optimalen Ergebnissen.

Die Laserquelle

Die Laserquelle enthält eine optische Faser, die mit verschiedenen seltenen Erden dotiert wird, um bestimmte Wellenlängen zu erzeugen. Durch die entsprechende Laserquelle und Wellenlänge kann schnell beurteilt werden, ob ein Faserlaser für Ihre Anwendung geeignet ist. Im Folgenden finden ein paar gängige Beispiele: 

  • Ytterbium-dotierte Faserlaser  erzeugen eine Wellenlänge von 1064 nm, und somit sind sie ideal für die Materialbearbeitung von Metallen. Dies sind die Faserlaser, die Laserax für Metallmarkierungs- und Reinigungsanwendungen verwendet.
  • Thulium-dotierte Faserlaser  erzeugen eine Wellenlänge von 1940 nm und können sowohl für medizinische Anwendungen als auch für Lasermarkierung von Kunststoffen verwendet werden.
  • Erbium-dotierte Faserlaser erzeugen eine Wellenlänge von 1550 nm und werden hauptsächlich in der Telekommunikation eingesetzt. Sie bieten uns Highspeed-Internet und Voice Over IP, werden jedoch nicht für die Lasergravur verwendet.

Der Einsatz von Faserlasern ist aufgrund der verschiedenen Wellenlängen, die sie erzeugen können, weit verbreitet. Der erste Schritt sollte darin bestehen, die Laserquelle und entsprechende Anwendung zu bestimmen. Somit können Sie den Fehlkauf eines Lasers vermeiden, der Ihr Material nicht zufriedenstellend gravieren kann. Wenn Sie zum Beispiel Kunststoffe und andere organische Materialien beschriften müssen, wäre ein CO2-Laserbeschrifter möglicherweise die bessere Wahl.

Die Laserstrahlleistung

Wenn Sie einen Laser erwerben, ist Sie darauf achten, ob der Laserstrahl gepulst oder kontinuierlich ist.  Einige industrielle Lasermarkierungssysteme können sogar von einem Modus in den anderen wechseln.

Die Arten des Laserstrahles unterscheiden sich wie folgt beschrieben:

  • Gepulste Laserstrahlen  erzeugen hohe Energiespitzen, die sich ideal zum Gravieren dauerhafter Beschriftungen oder zum Durchstechen kleiner Löcher eignen, ohne die umliegenden Bereiche zu schmelzen.
  • Dauerstrich-Laserstrahlen  erzeugen konstante Energieniveaus, die perfekt für Laserschweiß-, Laserbohr- und Laserschneidmaschinen geeignet sind.

Konfiguration der Linse und Laserparameter  

Laserexperten optimieren die Linseneinstellungen und die Laserparameter für verschiedene Materialien und Herstellungsverfahren. Die Objektivkonfiguration kann die Brennweite, die Abtastgeschwindigkeit, die Punktgröße, die Markierungsentfernung und viele weitere Parameter umfassen. Zu den Laserparametern gehören der Strahldurchmesser, die Strahlqualität, die Pulslänge, die Anzahl der Durchläufe und vieles mehr.

Laserax bietet für seine Ytterbium-dotierten Faserlaser verschiedene optimierte Konfigurationen an, je nachdem, welches Metall graviert werden soll. Wenn Sie wissen möchten, wie Laserparameter den Laserprozess beeinflussen, empfehlen wir Ihnen diesen Beitrag über Laserablation

Wie viel Laserleistung benötigen Sie?

Für die Bestimmung der benötigten Laserleistung, müssen Sie zunächst Ihre gewünschte Zykluszeit für den Lasermarkierungsvorgang kennen. Je leistungsstärker der Laser, desto schneller die Bearbeitung. Wenn Sie an kurze Zykluszeiten gebunden sind, stellen Laserbeschriftungsmaschinen mit höherer Leistung eine gute Investition dar. Ansonsten können Sie sich für ein Laserbeschriftungssystem mit niedriger Leistung entscheiden.

Abgesehen von der Laserleistung beeinflussen viele Faktoren die Gravurzeit. Dazu gehören: 

  • Die für Text und Seriennummern verwendete Schriftart
  • Die Größe des Gravurbereichs 
  • Das Material, das graviert werden muss (z.B. ist Aluminium leichter zu gravieren als Stahl)
  • Ein heller Hintergrund für einen guten Kontrast für Barcodes, Data-Matrix-Codes und QR-Codes
  • Der Beschriftungsprozess (z.B. die tiefe Gravur von Fahrgestell-Nummern erfordert mehr Zeit)

Zeitschätzungen für die Lasergravur können Ihnen eine ungefähre Vorstellung von der benötigten Laserleistung geben. Da jedoch viele Faktoren die Gravurzeit beeinflussen, empfehlen wir Ihnen, mit einem unserer Laserexperten zu sprechen, um die genaue Laserleistung zu ermitteln, die für Ihre Anwendung benötigt wird.

Basierend auf Ihren Zeitanforderungen kann Laserax gepulste Faserlaserbeschrifter mit bis zu 500 W anbieten, um anspruchsvolle Zykluszeiten zu erfüllen. Ein 100W Laser reicht normalerweise aus, um die Zeitanforderungen der meisten industriellen Anwendungen zu erfüllen

Tipps zur Auswahl eines Faserlaser-Beschriftungssystems

Bevor Sie sich für ein Laserbeschriftungsystem entscheiden, müssen Sie normalerweise einige Informationen über Ihren Herstellungsprozess sammeln. Diese Tipps können Ihnen dabei helfen, festzustellen, welche Art von System Sie benötigen, aber auch wie das System konfiguriert werden muss. 

  1. Listen Sie die Materialien auf, die graviert werden müssen. Obwohl eine Vielzahl von Metallen mit Faserlasern beschriftet werden kann (z. B. Aluminium, Stahl und Edelstahl), hat jede Legierung einzigartige Eigenschaften, die sich auf den Laserstrahl an der Oberfläche auswirken können. 
  2. Bestimmen Sie die Informationen, die zur  Rückverfolgbarkeitsanforderungen beschriftet werden sollen. Zu diesen Informationen können Gewicht, Teilenummer, Formnummer, Datum und Uhrzeit usw. gehören.
  3. Bestimmen Sie die Arten der Markierungen. Dazu können Text, alphanumerische Zeichen, Logos und Codes wie Data-Matrix-Codes gehören.
  4. Bestimmen Sie, wie viel Zeit für die Beschriftung zur Verfügung steht. Selbst eine grobe Schätzung kann hilfreich sein, um die richtige Laserleistung für Ihre Anforderungen zu bestimmen.
  5. Denken Sie über Laseroptionen nach. Zu den Optionen für  Lasergravuranwendungen gehören Lasersicherheits-Gehäuse, HMI zur einfachen Einstellung des Lasers für verschiedene Vorgänge, ein Staubabsaugsystem, eine Abblasdüse mit Luftstrom-Verwirbelung zur Verhinderung von Staubansammlungen auf der Linse und vieles mehr. 
  6. Identifizieren Sie die IP-Schutzklasse, die Sie benötigen. Dies wird durch die Umgebung vorgegeben, in der das Faserlaser-Beschriftungsgeräte integriert ist. Gießanlagen benötigen beispielsweise einen höheren Schutzgrad als Montagelinien. Einige Laser haben einen besseren Schutz gegen Staubpartikel und Spritzwasser.
  7. Identifizieren Sie die in Ihrem Land erforderlichen elektrischen Zertifizierungen. Wie bei jeder elektrischen Ausrüstung kann Ihnen die Installation des Lasers verboten werden, wenn er diese Anforderungen nicht erfüllt. Zum Beispiel gibt es in den USA die "UL"-Zertifizierung, in Europa die "CE"-Zertifizierung und in Kanada die "CSA"-Zertifizierung.

Sobald Sie eine Liste der Laser haben, an denen Sie interessiert sind, können Sie anhand dieser Informationen schnell feststellen, welche Laser Ihren Anforderungen entsprechen.

Warum einen Faserlaser für die Metallgravur wählen?

Faserlaser sind nicht die einzige Option für die Metallgravur. Andere Lasertypen (wie z.B. Nd:YAG-Laser) können ähnliche Wellenlängen erzeugen und daher für die gleichen Anwendungen eingesetzt werden. Also warum sollten Sie sich dann für einen Faserlaser entscheiden?

Verschiedene Laser können unterschiedlich konfiguriert werden und bieten somit einzigartige Vorteile. Faserlaser bieten die folgenden Vorteile: 

  • Optische Fasern bieten aufgrund ihrer Lichtleiteigenschaften eine bessere Strahlqualität (mit anderen Worten, der Laserstrahl wird besser fokussiert). Folglich sind Faserlaser beim Gravieren von Metallen effizienter.
  • Sie haben einen niedrigen Stromverbrauch und einen geringen Wärmemanagementbedarf.
  • Sie sind kompakt
  • Sie haben niedrige Betriebskosten und einen geringen Wartungsbedarf, wodurch sie ideal für den Einsatz in automatisierte Produktionslinien sind. Hersteller müssen sie nicht neu kalibrieren lassen, um ihre Effizienz im Laufe der Zeit zu erhalten.
  • Die Laserquelle hat eine hohe Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF 100.000 Stunden). Dies bedeutet, dass Faserlaser mehr als 10 Jahre lang Vollzeitbetrieb mit den gleichen hochwertigen Ergebnissen erzielen können.

Kontakt zu einem laserexperten

Wie funktioniert die Faserlasertechnologie?

Das Verständnis der Lasertechnologie kann Ihnen helfen, beim Erwerb eines Lasers eine fundiertere Entscheidung zu treffen. Um zu erklären, wie die einzelnen Komponenten funktionieren, folgen wir den Weg eines Laserstrahls, welcher in den Laserdioden beginnt, weiter durch eine optische Faser verläuft und schließlich auf das zu gravierende Teil trifft.

Fiber laser components

Das Pumpmodul

Die Reise des Laserstrahls beginnt, wenn die Laserdioden Licht aussenden. Durch die Faseroptik gelangt das Licht zum Verstärkungsmedium und wird mit Photonen gepumpt, die ihrerseits die bereits im Verstärkungsmedium befindlichen Photonen anregen. Dies erzeugt einen Energieaufbau.

Das Resonatormodule

Wenn die Photonen in das Resonatormodul eintreten, prallen sie zwischen zwei Bragg-Gittern hin und her. Ein Bragg-Gitter ist ein Stück Faseroptik mit Streifen geringerer Dichte, die steuern, welche Wellenlängen reflektiert werden und welche nicht. Es wirkt wie ein selektiver Spiegel.

Eines der Bragg-Gitter ist halbreflektierend, was bedeutet, dass nur die Photonen bestimmter Wellenlängen hindurchgehen. Diese Photonen bilden den Laserstrahl. Bei unseren Ytterbium-dotierten Faserlasern werden nur die Photonen mit einer Wellenlänge von 1064 nm weitergeleitet. 

Strahlabgabe

Bevor der Laserstrahl eine dauerhafte Markierung auf der Werkstückoberfläche erzeugt, geht er durch eine Linse und manchmal durch einen Strahlaufweiter, die sich beide im Inneren des Laserkopfes befinden.

Die Linse fokussiert den Laserstrahl auf eine einzige Stelle, so dass er genügend Energie für die Gravur erzeugen kann. Der Strahlaufweiter hingegen weitet die Größe des Laserstrahls auf (gewöhnlich als Spotgröße bezeichnet).

Ein größerer Strahl toleriert Schwankungen in der Teilepositionierung besser und verhindert so Anpassungen zwischen zwei Beschriftungen. Da die meisten Faserlaser eine geringe Toleranz für Teilepositionierungsschwankungen aufweisen, sollten Sie dies bei der Auswahl eines Faserlasers beachten.

Faserlaser lenken den Strahl mit Hilfe von Spiegeln an eine bestimmte Stelle auf dem Teil. Diese Spiegel werden mit "Galvanometermotoren" (oder Galvos) gesteuert, einem speziellen Motortyp, der den Laserstrahl sehr präzise und mit hoher Geschwindigkeit bewegen kann. Der Laserstrahl beendet seine Reise, wenn er den Laserkopf verlässt, um auf die Oberfläche aufzutreffen.

Der letzte Schritt: Auswahl eines Lasers

Denken Sie bei der Auswahl an die Art der Laserquelle, die Sie benötigen sowie ob der Strahl gepulst oder kontinuierlich sein muss. Machen Sie sich ein Bild davon, wie viel Beschriftungszeit verfügbar ist und stellen Sie sicher, dass Sie andere grundlegende Informationen (Materialien, Rückverfolgbarkeit, Beschriftungsarten, Laseroptionen, erforderliche Zertifizierungen usw.) gesammelt haben, um Ihre Anwendungsanforderungen zu verstehen

Sobald Sie diese Informationen haben, führen Sie Versuche an Mustern bei verschiedenen Unternehmen durch. Auf diese Weise können Sie eine fundierte Entscheidung treffen und den besten Faserlaser für Ihre Anwendung auswählen.

Wenn Sie mehr über unsere Produkte erfahren möchten, schauen Sie sich unser Angebot für Lasermaschinen (für schlüsselfertige Lösungen) sowie unsere OEM-Lasermarkierungssysteme (für kundenspezifische Lösungen mit Systemintegratoren) an.

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Jerome Landry

Trained in physics and physical engineering, Jerome has been working in the high-tech industry for more than 4 years. He is currently a technical sales specialist at Laserax. He has hands-on experience with laser processes and their interaction with materials, as well as with industrial traceability standards. This allows him to guide clients toward the best laser solution.