Die Laserbeschriftung ist allgegenwärtig – von Seriennummern auf Autoteilen über Logos auf Elektronik bis hin zu Rückverfolgbarkeitscodes auf medizinischen Geräten. Doch nicht alle Laser sind gleich, und die Wahl des richtigen Typs hängt vom Material und den Beschriftungsanforderungen ab.
Glasfaser-Laser und Ultraviolett-(UV)-Laser sind zwei der am häufigsten verwendeten Technologien. Jede ist für unterschiedliche Anwendungen geeignet, daher ist es wichtig, ihre Fähigkeiten zu kennen, um die richtige Wahl zu treffen.
In diesem Artikel erläutern wir die Unterschiede zwischen Glasfaser- und UV-Lasertechnologien, beschreiben, wie sie mit verschiedenen Materialien interagieren und wie Sie herausfinden, welcher Laser am besten für Ihre Beschriftungsanforderungen geeignet ist.
Inhaltsverzeichnis
Glasfaser-Laser verwenden eine spezielle Art von Glasfaser, um Licht zu emittieren und zu verstärken. Sie arbeiten im Infrarotbereich (IR) des elektromagnetischen Spektrums.
Sie sind mit einer Ausgangsleistung von einigen zehn Watt bis in den Multikilowattbereich erhältlich. Durch die Kombination dieser vorteilhaften Eigenschaften haben sich Glasfaser-Laser zum beliebtesten Industrielasertyp für die Kennzeichnung von Metallen und harten Kunststoffen entwickelt.
Die Leistungseigenschaften von Glasfaser-Lasern wirken sich in zweierlei Hinsicht auf die Markierung aus. Erstens erhitzt Infrarotlicht die meisten Materialien und erzeugt Markierungen durch thermische Mechanismen. Anders ausgedrückt verbrennt, schmilzt oder verdampft der Glasfaser-Laser Material, um eine Beschriftung zu erzeugen.
Zweitens kann Infrarotlicht nicht so stark fokussiert werden wie kürzere Wellenlängen, beispielsweise sichtbare und UV-Laserstrahlen. Dies schränkt die Möglichkeit ein, extrem kleine, hochpräzise Beschriftungen vorzunehmen.
Insgesamt sind Glasfaser-Laser effiziente, zuverlässige Werkzeuge für die Hochgeschwindigkeitsbeschriftung von Materialien, die nicht hitzeempfindlich sind. Sie eignen sich hervorragend für tiefe Lasergravuren, werden aber in der Regel nicht für sehr kleine oder komplexe Markierungen eingesetzt.
Die meisten UV-Beschriftungslaser arbeiten mit einer Frequenzverdreifachung der Leistung eines Nahinfrarot-Laserkristalls. Dieser Prozess ist komplexer und weniger effizient als die Arbeitsweise von Glasfaser-Lasern. Daher sind UV-Laser in der Regel teurer als Glasfaser-Laser, bieten einen geringeren Durchsatz und haben eine kürzere Lebensdauer.
Der große Vorteil von UV-Lasern ist, dass ihr Licht mit vielen Materialien in erster Linie durch photochemische Mechanismen interagiert. Das bedeutet, dass die hochenergetischen UV-Photonen die molekularen Bindungen direkt aufbrechen, anstatt das Material zu erhitzen.
Daher können UV-Laser Kaltmarkierungen vornehmen, das heißt, sie erwärmen das Material um oder unter dem markierten Bereich nicht und beeinträchtigen es in keiner Weise. Außerdem ermöglicht ihre kürzere Wellenlänge eine extrem feine Fokussierung. Schließlich wird UV-Licht von den meisten Materialien stark absorbiert, insbesondere von nicht-metallischen Materialien, was zu einem geringen Einbrand und einer effizienten Verarbeitung führt.
Insgesamt bedeutet dies, dass UV-Laser für die Erzeugung hochauflösender Markierungen mit scharfen Kanten, feinen Details und engen Toleranzen hervorragend geeignet sind. Sie sind besonders nützlich bei dünnen, empfindlichen oder hitzeempfindlichen Produkten.
Welcher Laser ist am besten für ein bestimmtes Material geeignet? Die Antwort darauf hängt davon ab, wie das Material mit dem Laserlicht interagiert, sowie von praktischen Erwägungen wie Durchsatz, Kosten und Anforderungen an die Beschriftungsqualität.
Werfen wir einen Blick auf die wichtigsten Materialklassen.
Während die meisten Metalle von Natur aus Infrarotlicht (IR) reflektieren, ermöglicht die hohe Leistung von Glasfaser-Lasern, den Beschriftungsvorgang durch Erwärmung der Oberfläche zu starten. Sobald das Metall anfängt, sich zu erwärmen oder zu schmelzen, absorbiert es die Laserenergie leichter, was die Beschriftung effizienter macht.
Deshalb eignen sich Glasfaser-Laser ideal für die Beschriftung von Metallen wie Edelstahl, Aluminium und Titan.
Glasfaser-Laser können dauerhafte, kontrastreiche Markierungen mit hoher Geschwindigkeit erzeugen, darunter tiefe Lasergravuren, farbige Markierungen (durch Oxidschichtbildung) und abgetragenen Text. Das macht sie ideal für Anwendungen wie die Rückverfolgbarkeit von Teilen, Komponenten für die Luft- und Raumfahrt und die Automobilindustrie, Industriewerkzeuge und verschiedene metallische Verpackungsmaterialien wie Aluminiumdosen und Folienbeutel.
UV-Laser werden aufgrund der geringen Absorption und der niedrigeren Ausgangsleistung seltener zur Beschriftung von blankem Metall verwendet. Sie können jedoch beschichtete oder eloxierte Metalle durch Abtragen der Oberflächenschicht beschriften.
In sehr speziellen Fällen können sie auch schwarze Markierungen vornehmen. Bei der schwarzen Markierung wird eine dünne, Licht einfangende Oxidschicht gebildet (kein Materialabtrag). Sie wird am häufigsten auf Edelstahl verwendet.
Für die meisten industriellen Metallbeschriftungen bieten Glasfaser-Laser die beste Kombination aus Geschwindigkeit, Haltbarkeit und Kosteneffizienz.
Üblicherweise für Metalle verwendete Lasertechnologie:
| Material | Faser | UV |
|---|---|---|
| Aluminium | ✔ | |
| Eloxiertes Aluminium | ✔ | ✔ |
| Chrom | ✔ |
|
| Edelstahl | ✔ |
|
| Metall, beschichtet oder lackiert |
| ✔ |
| Messing | ✔ | |
| Kupfer | ✔ | |
| Silber | ✔ | |
| Gold | ✔ | |
| Gusseisen | ✔ | |
| Titan |
| ✔ |
| Metallfolien |
| ✔ |
Kunststoffe variieren stark in ihrer chemischen Zusammensetzung und können auch Zusatzstoffe enthalten, die die Beschriftung erleichtern. Die Wahl des Lasers ist daher stark abhängig von der jeweiligen Anwendung.
Im Allgemeinen sind UV-Laser für die Beschriftung der meisten Kunststoffe besser geeignet, da sie eine photochemische Farbänderung bewirken können, ohne die Oberfläche zu schmelzen oder zu verbrennen.
Sie zeichnen sich insbesondere durch kontrastreiche, scharfe und beschädigungsfreie Beschriftungen auf gängigen Kunststoffen wie ABS, Acryl, Polycarbonat, Polyethylen und PET aus.
Diese Beschriftungen werden ohne Wärmeverformung, Aufschäumen oder Materialverschlechterung erzeugt, was besonders bei medizinischen Geräten, Elektronikgehäusen und Kosmetikverpackungen wichtig ist. UV-Laser sind auch ideal für die Arbeit mit farbigen Kunststoffen oder mehrlagigen Folien, bei denen eine präzise Oberflächenkontrolle erforderlich ist.
UV-Laser sind besonders dann die erste Wahl, wenn eine Markierung „missionskritisch“ ist. Also wenn eine fehlende, unleserliche oder falsche Kennzeichnung zu Verletzungen, Fehlfunktionen oder zur Nichteinhaltung von Vorschriften führen könnte.
Mit Glasfaser-Lasern lassen sich bestimmte Kunststoffe beschriften. Ihre thermische Wechselwirkung äußert sich jedoch in der Regel durch Aufschäumen, Karbonisierung oder Schmelzen, insbesondere wenn der Kunststoff keine Zusatzstoffe zur Absorption von IR enthält.
Glasfaser-Laser bleiben eine Option für einfache Beschriftungen auf bestimmten kompatiblen Kunststoffen, insbesondere wenn Geschwindigkeit oder Kosteneffizienz Vorrang vor Beschriftungsqualität oder Kontrast haben.
Üblicherweise für Kunststoffe verwendete Lasertechnologie:
| Material | Faser | UV |
|---|---|---|
| ABS |
| ✔ |
| PA | ✔ | ✔ |
| PBT |
| ✔ |
| PC |
| ✔ |
| PC – glasfaserverstärkt | ✔ |
|
| PE | ✔ | ✔ |
| PES |
| ✔ |
| PET |
| ✔ |
| PET – glasfaserverstärkt | ✔ |
|
| PI |
| ✔ |
| PMMA (Acrylglas) | ✔ | ✔ |
| POM |
| ✔ |
| PP | ✔ | ✔ |
| PPS |
| ✔ |
| PS |
| ✔ |
| PUR |
| ✔ |
| PVC |
| ✔ |
| Tritan |
| ✔ |
Die meisten spröden Materialien wie Glas, Keramik, Stein und manchmal sogar Saphir können schon bei geringer mechanischer oder thermischer Belastung brechen oder zerspringen. Wenn ein kleiner Bereich auf einem Teil schnell erhitzt wird, können sich aufgrund ungleichmäßiger Wärmeausdehnung Spannungen im Inneren entwickeln. Dies kann zu Mikrorissen oder strukturellem Versagen führen.
Hier bietet die UV-Laserbeschriftung einen entscheidenden Vorteil. Im Gegensatz zu IR-Lasern, die hauptsächlich auf thermischem Wege markieren, erzeugen UV-Laser eine weitgehend nicht-thermische, photochemische Wechselwirkung. Ihre kurze Wellenlänge (typischerweise 355 nm) wird von den meisten spröden Materialien stark absorbiert – selbst von solchen, die für das Auge transparent erscheinen. All dies sorgt für eine geringe Eindringtiefe und ermöglicht eine Oberflächenmodifikation mit minimalem Wärmeeintrag.
Daher können UV-Laser empfindliche Materialien wie Glas beschriften und gravieren, ohne Risse zu verursachen. Dabei entsteht oft ein mattierter oder leicht strukturierter Effekt, der optisch ansprechend ist.
Ihre hohe Auflösung ermöglicht auch die Erstellung komplexer Merkmale wie Barcodes, Logos und Seriennummern. Damit sind sie ideal für die Kennzeichnung von Artikeln wie Saphir-Zifferblättern, medizinischer Keramik und Glasdisplays für Konsumgüter. UV-Laser können bei einigen spröden Materialien sogar Markierungen unter der Oberfläche erzeugen.
Im Gegensatz dazu sind Glasfaser-Laser für diese Anwendungen im Allgemeinen schlecht geeignet. Ihre längere Wellenlänge wird von spröden Materialien weniger leicht absorbiert, was zu einem tieferen Eindringen und einer stärkeren Wärmeentwicklung führt. Diese thermische Belastung kann zum Verziehen, Abplatzungen oder katastrophaler Rissbildung führen, insbesondere bei transparenten oder polierten Substraten.
Außerdem neigt Infrarotlicht dazu, Materialien wie Glas zu durchdringen und wird häufig von Keramik reflektiert. Daher erfordert die Beschriftung dieser Materialien in der Regel spezielle Oberflächenbeschichtungen oder Hochenergieeinstellungen.
Üblicherweise für spröde Materialien verwendete Lasertechnologie:
| Material | Faser | UV |
|---|---|---|
| Keramik |
| ✔ |
| Diamant |
| ✔ |
| Glas |
| ✔ |
| Granit |
| ✔ |
| Marmor |
| ✔ |
| Saphir |
| ✔ |
Der Begriff „organische Materialien“ bezieht sich hier auf eine breite Palette von Verbindungen auf Kohlenstoffbasis. Dies können natürliche Stoffe (wie Zellulose, Proteine oder Pflanzenfasern) oder synthetische Polymere sein.
Papier, Pappe, Polymerfolien, Naturleder, natürliche und synthetische Stoffe und Gummi gehören alle zu dieser Gruppe.
Praktisch alle diese Materialien sind hitzeempfindlich und neigen zu Verbrennungen, Verfärbungen oder zum Verziehen. Auch bei diesen Materialien bietet die UV-Laserbeschriftung einen klaren Vorteil, da der Kaltbeschriftungsprozess die Verkohlung und Materialverformung minimiert.
Aus diesem Grund werden UV-Laser verwendet, um Chargennummern, Verfallsdaten oder dekorative Elemente auf Folien, Etiketten, Kartons und Blisterverpackungen aufzubringen. Bei Textilien können sie Stoffe präzise beschriften oder sogar schneiden, ohne sie auszufransen. Auf Leder- oder Gummidichtungen ermöglichen Sie das Aufbringen von Markenkennzeichnungen, Teilenummern oder Ritzlinien bei geringer Verformung oder minimalem Materialverlust.
In ausgewählten Fällen werden auch Glasfaser-Laser eingesetzt. Sie eignen sich insbesondere für die Beschriftung dickerer oder beschichteter Substrate, bei denen gewisse thermische Effekte toleriert werden können. Sie führen jedoch häufig zum Durchbrennen, Versengen oder einem Verlust der Flexibilität, insbesondere bei dünnen Folien oder Textilien.
Im Hinblick auf die Kosten sind Glasfaser-Laser günstiger im Betrieb, doch aufgrund des Risiko der Beschädigung empfindlicher organischer Materialien werden sie normalerweise für Arbeiten mit feinen Details ausgeschlossen. Wenn die Integrität des Materials oder die ästhetische Qualität entscheidend ist, ist UV die zuverlässigere Wahl.
Üblicherweise für organische Materialien verwendete Lasertechnologie:
| Material | Faser | UV |
|---|---|---|
| Lebensmittel |
| ✔ |
| Leder |
| ✔ |
| Stoff |
| ✔ |
| Kork |
| ✔ |
| Gummi |
| ✔ |
| Silikon |
| ✔ |
| Papier |
| ✔ |
| Karton |
| ✔ |
| Polymerfolie |
| ✔ |
Die meisten in der Mikroelektronik verwendeten Materialien wurden bereits behandelt. Doch die Kennzeichnung bei der Verpackung von Halbleitern und Elektronik ist so kritisch und technisch spezifisch, dass sie besondere Aufmerksamkeit verdient.
Im Allgemeinen werden an die Kennzeichnung von Elektronik strengere Anforderungen gestellt als in den meisten anderen Branchen. Insbesondere die Kennzeichnung elektronischer Komponenten erfordert extreme Präzision und minimale thermische Belastung.
UV-Laser sind hier oft ideale Lösung, da sie photochemisch interagieren und saubere, lesbare, hochauflösende Markierungen mit minimalen Wärmeeinflusszonen erzeugen. Sie werden häufig zum Beschriften von Mikrochips, IC-Gehäusen, Steckern und sogar QR-Codes auf Siliziumwafern oder Kunststoffgehäusen verwendet.
Die Fähigkeit von UV-Lasern, dauerhafte Beschriftungen zu erzeugen, ohne feine Strukturen zu verformen, macht sie zum Standard für die Rückverfolgbarkeit in der Elektronikfertigung. Sie werden auch häufig zur Kennzeichnung von mehrlagigen Materialien und farbcodierten Steckern verwendet.
Glasfaser-Laser sind in der Elektronik nur begrenzt einsetzbar. Ihre höhere Wärmebelastung kann empfindliche Oberflächen beschädigen oder die Isolierung beeinträchtigen. Sie können jedoch bei größeren Metallkomponenten wie Gehäusen, Rückwandplatten oder Stromanschlüssen verwendet werden, bei denen die Haltbarkeit wichtiger ist als die Größe der Merkmale.
Üblicherweise für Halbleitermaterialien verwendete Lasertechnologie:
| Material oder Bauteil | Faser | UV |
|---|---|---|
| Formmassen auf Epoxidbasis | ✔ |
|
| Keramik (z. B. Aluminiumoxid, LTCC) |
| ✔ |
| IC-Substrate (BT-Harz, Glas usw.) |
| ✔ |
| Interposer (Glas, Keramik, Silizium) |
| ✔ |
| Halbleiter (Silizium, GaAs usw.) |
| ✔ |
| Leadframes (Kupfer, versilbert usw.) | ✔ |
|
| Fertige IC-Gehäuse (kunststoffgekapselt) |
| ✔ |
| Die (blankes Silizium) |
| ✔ |
| MEMS und Sensoren (verschiedene Materialien) |
| ✔ |
| Beschriftungen auf Wafer-Ebene |
| ✔ |
| FPC (flexible Leiterplatten) |
| ✔ |
| Beschriftung durch Klarsichtfolien |
| ✔ |
| Leiterplatten (FR4, Flex, Multilayer) |
| ✔ |
Bei einigen Materialien liegt die Wahl der Laserbeschriftungstechnologie auf der Hand. Aber manchmal ist nicht klar, welche Option die beste ist.
In diesen Fällen können Anwendungstests erforderlich sein, um festzustellen, welcher Laserbeschriftungstyp die beste Mischung aus Beschriftungsqualität, Geschwindigkeit und Kosten bietet.
Bei Laserax bieten wir sowohl UV- als auch Glasfaser-Lasersysteme (sowie CO₂) an, was uns einen technologieneutralen Ansatz ermöglicht. Unser Ziel ist einfach: die Lösung zu finden, die die besten Ergebnisse für Ihre spezifische Beschriftungsaufgabe liefert, und Sie anschließend bei der Umsetzung zu unterstützen.
Alex Laymon became President and Director of DPSS Lasers (now a Laserax company) in 1998. He previously served as the Vice President of Engineering at LiCONiX, following a series of technical positions that included Engineering Manager and Senior Laser Engineer. Mr. Laymon received his B.S. in Engineering Physics and his M.B.A. at Santa Clara University. His decades of expertise in UV lasers now contribute to Laserax's mission to shape the future of high-precision laser solutions.
Dank ihrer unübertroffenen Fähigkeit, Materialien mit hoher Präzision und minimaler thermischer Schädigung zu bearbeiten, sind Ultraviolett (UV)-Laser zu einem unverzichtbaren Werkzeug in so unterschiedlichen Branchen wie der Mikroelektronik, der Medizintechnik, der Automobilindustrie und sogar der Verpackung von Konsumgütern geworden.
Laserablationsgeräte werden zunehmend in der Fertigungs- und Automobilindustrie eingesetzt. Sie sind eine beliebte Option, wenn es darum geht, kurze Zykluszeiten einzuhalten, Prozesse zu automatisieren, die Betriebskosten zu senken und die Präzision zu erhöhen, um qualitativ hochwertige Ergebnisse zu gewährleisten.
In der Fertigungsindustrie entwickeln die Ingenieure ständig Lösungen, die durch Hochleistungslaser ermöglicht werden. Sie werden hauptsächlich zum Markieren, Reinigen, Texturieren, Schweißen und Schneiden von Materialien eingesetzt, um kurze Taktzeiten in Produktionsstraßen einzuhalten.
