Beschriftungslaser / Laserbeschriftung
Laserbeschriftung auf Kunststoff
Die Laserbeschriftung auf Kunststoffen eignet sich perfekt als Beschriftungsmethode, da diese Technologie präzise sowie umwelt- und materialschonend ist. Im Vergleich zu anderen Verfahren sind Laser in der Lage, hochwertige und dauerhafte Beschriftungen zu erzeugen, nahezu ohne die Verwendung von Verbrauchsmaterialien. Diese Markierungen sind chemikalien- und temperaturbeständig, abriebfest und durch die gering eingebrachte Wärme verzugsarm.
Grundsätzlich lassen sich bei der Lasermarkierung von Kunststoffen fünf Verfahren unterscheiden: Gravur, Abtrag (von Lack- oder Oberflächenbeschichtung), Karbonisieren, Farbumschlag und Aufschäumen.
Laserbeschriftung Kunststoff: Funktion & Anwendung
Bei der Laserbeschriftung auf Kunststoff dringt das Laserlicht nicht in das Material ein, sondern die Oberfläche wird je nach Intensität der Laserleistung durch den Lichtstrahl chemisch oder thermisch verändert. Zu den gängigen Kunststoffen, die mit dem Laser beschriftet werden, gehören ABS, Epoxid und PET.
Typische Anwendungen, die einfach durch Laserbeschriftung ersetzt werden können, sind eingravierte Markenlogos auf verschiedenen Endgeräten und tragbaren Elektronikgeräten, aufgedruckte Seriennummern sowie DMCs auf Automobilteilen wie Bremssätteln oder Seriennummern auf medizinischen Geräten. Beschriftungslaser für Kunststoffe haben sich in vielen Branchen als nützliches Werkzeug für die Kennzeichnung, Personalisierung und Individualisierung von Kunststoffteilen erwiesen.
Vorteile der Laserbeschriftung auf Kunststoff
Die Vorteile der Laserbeschriftung auf Kunststoffen sind vielfältig und umfassen technische, wirtschaftliche sowie ökologische Aspekte:
- Dauerhaftigkeit und Fälschungssicherheit: Laserbeschriftungen sind extrem widerstandsfähig gegen Abrieb, Hitze und Chemikalien. Zudem sind sie wasserfest und lichtecht, was sie besonders fälschungssicher macht.
- Umweltfreundlichkeit: Im Vergleich zu herkömmlichen Kennzeichnungsverfahren, bei denen häufig Tinte, Lösungsmittel oder andere Verbrauchsmaterialien eingesetzt werden, ist die Laserbeschriftung eine umweltfreundliche Alternative, da für den Beschriftungsprozess keine zusätzlichen Verbrauchsmaterialien benötigt werden.
- Flexibilität und Präzision: Die Laserbeschriftung ermöglicht eine hohe Flexibilität bei der Gestaltung der Markierung. Sie kann auch an schwer zugänglichen Stellen eingesetzt werden und ist sehr präzise, was sie ideal für komplexe Muster und feine Details macht.
- Berührungslos und kein Werkzeugverschleiß: Da die Laserbeschriftung berührungslos erfolgt, besteht keine Gefahr, dass der Kunststoff durch Druck oder mechanischen Kontakt beschädigt wird. Außerdem gibt es keinen Werkzeugverschleiß, was die Wartungskosten senkt und die Lebensdauer der Anlagen verlängert.
- Schnelligkeit: Laser können den Beschriftungsprozess mit einer hohen Geschwindigkeit durchführen, weshalb sie für industrielle Anwendungen mit hohen Stückzahlen geeignet sind.
- Für viele Kunststoffe geeignet: Viele verschiedene Kunststoffe können erfolgreich mit einem Laser beschriftet werden. Spezielle Zusätze (Additive) können die Markiereigenschaften verbessern und die Ergebnisse optimieren.
Technische Grundlagen
Bei der Laserbeschriftung auf Kunststoffen ist es wichtig, dass der Laserstrahl vom Material ausreichend absorbiert wird. Im Gegensatz zu Metallen, bei denen ein Großteil des Laserstrahls reflektiert wird, spielen bei Kunststoffen sowohl Absorption (Aufnahme) als auch Transmission (Durchlässigkeit) und diffuse Reflexion (Streureflexion) eine wichtige Rolle.
Kunststoffe weisen eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, was zu minimalen Energieverlusten während des Beschriftungsprozesses führt. Dies ermöglicht eine wesentlich schnellere Markierung auf Kunststoffen im Vergleich zu Metallen. Die makromolekulare Struktur des Materials neigt dazu, Licht zu absorbieren, insbesondere im ultravioletten und fernen Infrarotbereich.
Zusatzstoffe wie Ruß oder Farbstoffe absorbieren Licht in verschiedenen Wellenlängenbereichen. Durch das breite Portfolio an Laserbeschriftungssystemen kann die optimale Wellenlänge für jedes Material spezifisch ermittelt werden.
Welche Beschriftungslaser eignen sich für Kunststoffe?
Kunststoffe unterscheiden sich von anderen Materialien in ihren thermischen Eigenschaften. Das Material hat zwar eine geringe Leitfähigkeit, jedoch wird Wärme gespeichert, was bei der Laserbeschriftung auf Kunststoff zu Verformungen aufgrund von Wärmeempfindlichkeit führen kann. Daher ist ein Laserbeschriftungssystem erforderlich, das nur minimale Wärme erzeugt. Dafür besonders gut geeignet ist ein UV-Beschriftungssystem oder ein hybrides Beschriftungssystem.
Beschriftung mit UV-Laser
UV-Laser werden zum Markieren von Kunststoffen verwendet, da sie mit einem Verfahren arbeiten, das als „Kaltbeschriftung“ bezeichnet wird. Sie arbeiten mit einer viel kürzeren Wellenlänge als Standardlaser (355 nm gegenüber 1064 nm) und können daher die Oberfläche des Materials bearbeiten, ohne Wärme zu erzeugen. Dadurch wird ein höherer Kontrast erzielt, ohne das Material zu beschädigen.
Beschriftung mit Hybrid-Laser
Der Hybrid-Laser ist eine Kombination aus einem YVO4-Laser und einem Faserlaser und kann zur Laserbeschriftung auf Kunststoff eingesetzt werden. Mit einer Wellenlänge von 1064nm überzeugt der Hybrid-Laser zudem mit einem kurzen Puls und gleichzeitig hoher Spitzenleistung von 200kW. Die höhere Leistung ermöglicht eine qualitativ hochwertige Beschriftung mit geringen thermischen Schäden, wie sie bei Standard-Faserlasern häufig auftreten.
Beschriftung mit CO₂-Laser
CO2-Laser nutzen Hitze, um Materialoberflächen zu schmelzen und so erhabene oder gravierte Markierungen zu erzeugen. Diese Methode ermöglicht eine dauerhafte Kennzeichnung von Kunststoffen, Holz, Keramik, Glas oder anderen organischen Materialien. Die CO2-Laserbeschriftung wird in vielen Industriezweigen zur Produktkennzeichnung eingesetzt.
Verfahren der Laserbeschriftung auf Kunststoff
Bei der Laserbeschriftung auf Kunststoffen gibt es vier Hauptverfahren, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Beachten Sie, dass die Laserbeschriftung unabhängig von der gewählten Technologie Präzision und Lesbarkeit gewährleistet. Sie ist daher die ideale Wahl für langfristige Ergebnisse bei Kunststoffanwendungen.
Lack-/ Farbabtrag
Ein Verfahren der Laserbeschriftung ist der Farbabtrag auf der Zielfläche. Der Lack bzw. die Farbe wird von der Oberfläche des Objekts abgetragen, um den Kontrast zur Farbe des Basismaterials hervorzuheben.
(Beispiel) Schalter im Armaturenbrett eines PKWs
Dieses Verfahren hat sich aufgrund seiner Einfachheit immer mehr durchgesetzt, denn bei herkömmlichen Verfahren wie Drucken oder Stanzen musste bei einer Änderung des Designs die Druckplatte gewechselt werden. Ein Beschriftungslaser hingegen ist so flexibel, dass lediglich eine Programmänderung erforderlich ist.
Oberflächenabtrag
Eine weitere Möglichkeit der Laserbeschriftung auf Kunststoff ist das Gravieren bzw. der Abtrag der Materialoberfläche mit einem Laser.
(Beispiel) Vorschneiden
Mit einem Beschriftungslaser wird ein Schnittbereich bearbeitet. Beim konventionellen Verfahren hingegen wird eine Klinge verwendet. Eine Klinge bringt jedoch zahlreiche Verbrauchs- und Risikofaktoren mit sich, wie das Abstumpfen der Schneide oder das Steckenbleiben im Produkt. Die Anlage müsste außerdem auf jeden Produktwechsel abgestimmt werden. Löst man die Anwendung mit einem Beschriftungslaser, entfallen Verbrauchsmaterialien, Verschleiß, aufwendiges Umrüsten der Anlage und andere Faktoren.
Farbumschlag
Bei der Laserbeschriftung auf Kunststoff ist der Farbumschlag eine gängige Methode. Dabei wird ein Kunststoffteil mit einem Laser bestrahlt und die darauf folgende chemische Reaktion der Pigmente des Werkstücks zeigt eine farbliche Veränderung.
(Beispiel) Großflächige Kennzeichnung auf ICs
Diese Technik wird bei der Laserbeschriftung auf Kunststoff verwendet, um Farben auf Werkstücken zu erzeugen, ohne das Material zu beschädigen. Es ist eine gängige Technologie, die eine individuelle Gestaltung mit kreativen und einzigartigen Designs ermöglicht.
Farberzeugung bei der Laserbeschriftung auf Kunststoff
Damit eine Farbe auf einem Kunststoffteil sichtbar werden kann, wird die Materialoberfläche mittels Laserstrahl chemisch verändert. Im Folgenden stellen wir Ihnen vier verschiedene Verfahren zur Farberzeugung bei der Laserbeschriftung auf Kunststoff vor:
- Aufschäumen: Wenn das Basismaterial mit einem Beschriftungslaser bestrahlt wird, bilden sich aufgrund der Wärmewirkung Gasbläschen durch verdampften Kohlenstoff im Material. Die Gasbläschen werden in der Oberfläche des Basismaterials eingeschlossen und bewirken eine helle Aufquellung. Wenn das Basismaterial eine dunkle Farbe hat, ist die Aufschäumung deutlich erkennbar und in der Regel wesentlich heller als vor der Beschriftung.
- Verdichtung: Sobald der Kunststoff die Laserenergie absorbiert, erhöht sich aufgrund der Wärmeeinwirkung die Molekulardichte. Die Moleküle werden verdichtet und die Farbe wird dunkler.
- Karbonisierung: Eine rußig schwarze Beschriftung wird sichtbar, indem man kontinuierlich hohe Energie aufwendet. Die Makromoleküle werden schwarz und sehen wie verkohlt aus.
- Chemische Veränderung: Die Pigmente im Basismaterial enthalten immer Metallionen. Durch die Laserstrahlen verändert sich die Kristallstruktur der Ionen sowie die Wassermenge im Kristall. Folglich verändert sich die chemische Zusammensetzung des Elements selbst, sodass infolge der größeren Intensität des Pigments Farbe erzeugt wird.
Laserbeschriftung auf Kunststoff: schwarz & dunkel
Bei der Verdichtung sowie Karbonisierung wird die Kunststoffoberfläche durch Hitze verändert bzw. beschädigt, was die schwarze Markierung sehr kontrastreich erscheinen lässt. Eine dunkle Beschriftung ist jedoch auch mit der chemischen Veränderung möglich, welche Hitzeschäden minimiert, jedoch auch weniger kontrastreich ausfallen kann. Die Beschriftungen bieten auf zahlreichen Oberflächen Ergebnisse, die wie gedruckt aussehen und selbst mit Lösungsmitteln nicht entfernt werden können.
Auf den Grad der Verfärbung nehmen verschiedene Faktoren Einfluss, wie beispielsweise die Beschaffenheit des Kunststoffteils. Hybrid-Beschriftungslaser, die sogar bei einer Wellenlänge von 1064 nm eine hohe Spitzenleistung erreichen können, sind hierfür optimal. Mit UV-Lasern und ihrer „kalten Beschriftung“, welche durch eine hohe Absorptionsrate entsteht, ist es möglich, Kunststoffe nahezu beschädigungsfrei zu beschriften. CO₂-Beschriftungslaser verfärben Kunststoffoberflächen normalerweise nicht, sondern gravieren diese lediglich.
Laserbeschriftung auf Kunststoff: weiß & hell
Die Laserbeschriftung erzeugt eine gut sichtbare weiße Verfärbung der Kunststoffoberfläche, die auch als Aufschäumen bezeichnet wird. Die Beschriftungen sehen auf vielen Oberflächen wie gedruckt aus und lassen sich nicht mehr entfernen. Sie sind daher ein idealer Ersatz für Stempel, Etiketten und Aufdrucke. Im Gegensatz zu Tinte verblassen Laserbeschriftungen auch nicht durch beispielsweise Umwelteinflüsse.
Das Ergebnis und der Grad der Verfärbung sind von der Beschaffenheit des Kunststoffs abhängig. Hybrid-Beschriftungslaser, die eine hohe Leistung erreichen können, sind hierfür optimal. Mit UV-Lasern und ihrer „kalten Beschriftung“ ist es möglich, Kunststoffe nahezu beschädigungsfrei zu beschriften.
Weiße Markierung auf einem ABS Verbinder
Laserbeschriftung auf transparentem Kunststoff
Laserbeschriftungen, die aussehen, als würden sie über der Oberfläche schweben, werden auf transparenten bzw. durchscheinenden Kunststoffen, wie beispielsweise PET erzeugt. Bei hoher Laserleistung können bei der Beschriftung feine Löcher durch die Überhitzung entstehen. Die Verwendung von CO2-Lasern mit einer kurzen Wellenlänge (9,3 μm) oder von UV-Lasern, ermöglicht deutliche Beschriftungen bei minimaler Beschädigung.
Standardwellenlänge
Bisherige Methoden
Übermäßige Beschädigung sowie tiefe und raue Gravuren
Kurze Wellenlänge
ML-Z
Minimale Beschädigung sowie flache und scharfe Gravuren
Generell gilt auch bei transparentem Kunststoff, dass die Färbung je nachdem wie das Material mit dem Laserstrahl reagiert, dunkler oder heller ausfallen kann. Generell betrachtet ist es jedoch wichtig, dass der Laser einen guten Kontrast herstellen kann. Wir empfehlen Ihnen folgende Beschriftungslaser für die Kennzeichnung auf transparentem Kunststoff:
Laserbearbeitung von Kunststoff
Während die Laserbeschriftung darauf abzielt, Markierungen auf der Oberfläche aufzubringen, ohne dabei das Material zu entfernen, ist die Laserbearbeitung darauf ausgerichtet, das Material zu formen oder zu modifizieren.
Die Laserbearbeitung von Kunststoffen kann auf verschiedene Weise erfolgen, z. B. durch Schneiden, Abtragen, Bohren oder Reinigen. Einige dieser Verfahren verbessern die Qualität, während andere den Einsatz von mechanischen Bearbeitungsmethoden ersetzen.
Schneiden einer Kunststoffschablone
Häufig gestellte Fragen: Laserbeschriftung auf Kunststoff
Welche Kunststoffe können laserbeschriftet werden?
Eine Vielzahl von Kunststoffen kann mit dem Laser beschriftet werden, darunter Polyester, Polyamid, Polyoxymethylen, Polycarbonat, Polyarylsulfone, Polymethylmethacrylat, Polyetheretherketon, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer, Polyimid, Polystyrol, Polyethylenterephthalat und Silikon. Die Eignung hängt von der spezifischen Zusammensetzung des Materials ab.
Welche Beschriftungslaser eignen sich für Kunststoff?
Für die Laserbeschriftung auf Kunststoffen sind die UV-Laser und Hybrid-Laser von KEYENCE optimal. UV-Laser erzielen hohe Kontraste durch „kaltes Markieren“ ohne das Material zu beschädigen. Hybrid-Laser kombinieren YVO4- und Faserlasertechnologien für effiziente und thermisch schonende Beschriftungen. CO2-Laser sind ebenfalls eine Option, aber weniger verbreitet aufgrund potenzieller Hitzeschäden an Kunststoffen.
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