Laserbeschriftung auf Kunststoff

Die beste Laserart zum Beschriften von Kunststoff: UV-Laser

Zum Beschriften von Kunststoffen können verschiedene Arten von Lasern verwendet werden, die sich vor allem in der Art der Fokussierung des Strahls und in der Wellenlänge unterscheiden. Die Auswahl des richtigen Systems hängt vom Material und von der Anwendung ab.

CO2-Laser

CO2-Laser gibt es seit den 1960er Jahren und sie werden häufig für allgemeine Beschriftungen verwendet, da sie durch thermische Prozesse tiefe, kontrastreiche und dauerhafte Markierungen erzeugen. Aufgrund ihrer längeren Wellenlängen (typischerweise zwischen 9.300 nm und 10.600 nm) werden CO2-Laser häufiger für die Bearbeitung von  Metallen, Holz, Pappe  und anderen  Materialien verwendet. Wärme ist der Hauptmechanismus, um die Farbe des Teils durch leichtes Verbrennen, Gravieren oder Abtragen des Materials zu verändern. Die Spotgröße (Auflösung) ist in der Regel größer als bei anderen Laserstandards, kann aber für viele Anwendungen verwendet werden.

Glasfaser-Laser

Glasfaser-Laser verwenden Infrarotlicht, um präzise Beschriftungen auf verschiedenen Materialien zu erzeugen. Ihre Wellenlängen reichen von 780 nm bis 2200 nm. Dieser Bereich des Infrarotlichts neigt dazu, gut mit Metallen und Kunststoffen zu reagieren. 

Aber auch Infrarotlaser erzeugen Wärme und können eine unerwünschte Verkohlung verursachen, ebenso wie Rückstände und Partikel, die die Oberfläche verunreinigen können. Dies erfordert oft einen zusätzlichen Reinigungsschritt, was mit einer gewissen manuellen Ausfallzeit verbunden ist.

UV-Laser

Im Hinblick auf Präzision und Vielseitigkeit sind UV-Laser die beste Wahl zum Beschriften von Kunststoffen. Sie sind die einzigen Laser, die in der Lage sind, extrem kleine Codes mit Standardspotgrößen bis zu  7 um zu markieren. Diese Spotgrößen können mit Glasfaser- oder CO2-Lasern zum Beschriften einfach nicht erreicht werden.

Einer der Hauptvorteile von UV-Lasern ist ihre Fähigkeit, durch photochemische Mechanismen mit verschiedenen Materialien zu interagieren. UV-Laser werden häufig als „Kaltlaser“ bezeichnet, da sie Produkte markieren sollen, anstatt  die Oberfläche um den oder unter dem markierten Bereich zu erhitzen.

UV-Laser können Farbveränderungen auf Substraten hervorrufen, um kontrastreiche Markierungen zu erzeugen. Zwar können auch Glasfaser-Laser diesen Effekt erzielen, aber sie erzeugen Wärme auf den Oberflächen und sind auf bestimmte Substrate beschränkt.

Die DPSS-UV-Laser von Laserax bieten mit 1 Meter das größte Beschriftungsfeld der Branche, verglichen mit 300 mm bei den Wettbewerbern. Sie verfügen außerdem über eine variable Brennweite und liefern eine durchschnittliche Leistung von bis zu 55 W, was eine effektive und kontrastreiche Markierung auf Kunststoffen gewährleistet.

Warum sind Glasfaser- und CO₂-Laser für Kunststoffe weniger effektiv?

CO2- und Glasfaser-Laser haben Einschränkungen, wenn es um die Beschriftung bestimmter Kunststoffarten geht. Für Wasserflaschen und ähnliche Kunststoffe zum Beispiel sind Glasfaser-Laser oft ungeeignet, weil ihre Infrarot-Wellenlänge das Material durchdringen kann, ohne die gewünschte Markierung zu erzeugen.

CO2-Laser mit  10,6 um können ihre laserinduzierte Wärme nutzen, um die Materialien durch Schmelzen oder Gravieren der Oberfläche zu beschriften. Dies führt zu hitzebedingter Verzerrung oder Verformung, was für eine Anwendung wie die Beschriftung von Wasserflaschen durchaus in Ordnung sein kann. Die Genauigkeit und Verzerrung der CO2-Laserbeschriftung sind jedoch für hochauflösende Anwendungen nicht geeignet.

Welche Kunststoffe können mit UV-Lasern beschriftet werden?

Im Allgemeinen markierbare Kunststoffe:

• Polybutylenterephthalat (PBT)
• Polycarbonat (PC), transparent und farbig
• Polyethylen (PE), einschließlich HDPE und LDPE, sowie PETE
• Polyester (PES)
• Polyamid (PA)
• Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)
• Polyethylenterephthalat (PET), transparent und farbig
• Polyimid (PI)
• Polyoxymethylen (POM), z. B. Delrin®
• Polypropylen (PP)
• Polyphenylensulfid (PPS)
• Polystyrol (PS), transparent
• Polystyrol (PS), gefärbt, einschließlich HIPS (hochschlagfestes PS)
• Polyurethan (PUR)
• Schaumstoff (PVC-frei)
• PVC, transparent und farbig
• Acrylglas (PMMA), klar und farbig/getönt
• PEEK
• Polytetrafluorethylen (PTFE), vor allem gefärbt
• Biokunststoffe, wie z. B. gefärbtes PFA
   

Materialien, die keine Kunststoffe sind, sich aber wie Kunststoffe verhalten:

• Silikone
• Gummi

Zusatzstoffe

Während Glasfaser- und CO2-Laser mitunter Zusatzstoffe (wie Glimmer) erfordern, ist dies bei UV-Lasern meist nicht der Fall.

Arten der Laserbeschriftung für Kunststoffe

Farbänderung (Verfärbung)

UV-Laser können Markierungen erzeugen, indem sie die Farbe des Kunststoffs verändern: Helle Farben werden durch photochemische Reaktionen dunkel, während dunkle Farben durch Photobleichen weiß werden. 

Aufschäumen

Wenn der Laser auf das Material trifft, bilden sich im Kunststoff Gasblasen (Schaum), wodurch sich die Oberfläche anhebt und weißlich erscheint. Dieses Verfahren wird in der Regel auf dunklen Materialien angewendet, um weiße Markierungen zu erhalten, und kann mit UV-, CO2-, Glasfaser- oder grünen Lasern durchgeführt werden. Das Aufschäumen ist nur dann geeignet, wenn die Größenänderung keine Rolle spielt.

Karbonisierung

Bei der Beschriftung durch Karbonisierung wird das Material bis fast an seinen Verbrennungspunkt erhitzt. Bei diesem Verfahren muss Kohlenstoff im Material enthalten sein, da dieser für die Dunkelfärbung sorgt.

Gravieren

Beim Gravieren dringt der Glasfaser-, CO2- oder UV-Laser tief in das Material ein (UV-Laser gravieren aufgrund der geringen Leistung langsamer als andere Laser). Beim Gravieren werden tiefe und dauerhafte Markierungen erzeugt, die widerstandsfähiger gegen mechanischen Abrieb sind. Allerdings wird die Oberfläche des Materials verändert und durch Wärme und Spannungen kann das Material beschädigt werden.

Ablation

Ähnlich wie beim Gravieren wird bei der Ablation Material abgetragen, allerdings typischerweise im Mikrometerbereich und ohne Erhitzung der umgebenden Oberfläche.

Sicherheitsaspekte der Laserbeschriftung

Augen

Eine Polycarbonatabschirmung ist ausreichend, um die Augen beim Einsatz eines UV- oder CO2-Lasers zu schützen. Glasfaser-Laser und grüne Laser erfordern zum Schutz der Augen jedoch speziell beschichtete Kunststoffe oder Glas, die teurer sind.

Dämpfe und Partikel

Unabhängig vom Lasertyp ist die Rauchabsaugung beim Beschriften von Kunststoffen immer erforderlich. Im Allgemeinen erzeugen UV-Laser die wenigsten, Glasfaser-Laser mehr und CO2-Laser die meisten Dämpfe.

Branchen, die von der Laserbeschriftung von Kunststoffen profitieren

Aufgrund ihrer Vielseitigkeit ist die Laserbeschriftung auf Kunststoffen eine äußerst effektive Lösung für eine Vielzahl von Branchen:

Automobilindustrie

Die Laserbeschriftung wird in der Automobilindustrie verwendet, um praktisch jedes Kunststoffteil zur Identifizierung und Rückverfolgbarkeit zu markieren. Dazu gehören Knöpfe, Scheinwerfer, Drähte, elektronische Bauteile und mehr.
Diese Technik verbessert nicht nur die Produktionseffizienz, sondern stellt auch sicher, dass die Unternehmen die regulatorischen Vorgaben einhalten.

Elektronik

Die UV-Laserbeschriftung ist in der Elektronikindustrie besonders nützlich, da sie sehr kleine Komponenten hochpräzise und deutlich kennzeichnen kann: Mikrochips, Drähte, Kabel, Stecker, kunststoffgekapselte Schaltkreise und andere elektronische Teile.

Medizin

Da die Hersteller medizinischer Geräte strengen behördlichen Vorschriften unterliegen, um das Wohlergehen aller Patienten zu gewährleisten, ist die Laserbeschriftung aufgrund ihrer Sicherheit und Zuverlässigkeit eine bevorzugte Methode für die dauerhafte Kennzeichnung von Kunststoffkomponenten.

Dies gilt für Katheter, Katheternaben, Zahnschienen, zahnärztliche Geräte, Infusionsbeutel, Schläuche und mehr.

Verpackung

Jede Verpackung aus Kunststoff, die ein Branding, Rückverfolgbarkeit oder eine Identifizierung erfordert, profitiert von der Laserbeschriftungstechnologie: Plastiktüten, Behälter, Klappblister usw. 

Konsumgüter

Das kann nahezu alles sein: Kosmetika, Wasserflaschen, Spielzeug, USB-Sticks, Flaschendeckel…