UV-Laser: Beschriftung ohne Hitzeschäden

Um eine Wellenlänge im ultravioletten Bereich zu erreichen, wird die Standardwellenlänge von 1064 nm reduziert, indem der Laserstrahl durch zwei zusätzliche Kristalle geleitet wird:

1. 1. Zunächst wird ein Laser mit der Standardwellenlänge von 1064 nm (Infrarot) durch einen nichtlinearen Kristall geleitet. Dabei wird die Wellenlänge auf 532 nm (Grünlicht) reduziert.
2. 2. Anschließend wird dieses Licht durch einen weiteren Kristall geleitet, wodurch die Wellenlänge schließlich auf 355 nm (Ultraviolett) reduziert wird.

UV-Laser werden allgemein als THG-Laser (Third Harmonic Generation) bezeichnet, da die Wellenlänge nur ein Drittel der Standardwellenlänge beträgt. Die Wellenlänge von nur 355 nm hat den Vorteil, dass sie von vielen empfindlichen Materialien stärker absorbiert wird als die Wellenlängen anderer Beschriftungslaser. Somit können UV-Laser mit ihrer „Kaltbeschriftung“ für das Erzeugen von Kontrasten und dem Abtragen von Material durch die photolytische Bearbeitung (Molekülspaltung durch Lichtenergie) eingesetzt werden.

Beschriftungslaser mit einer Standardwellenlänge können in bestimmten Anwendungsfällen nachteilig sein. Der Grund dafür ist, dass sie zur Beschriftung einen thermischen Prozess verwenden, der die Materialverbindungen durch Erwärmung so stark in Schwingung versetzt, dass sie brechen. Die dabei entstehende Wärmeeinflusszone (WEZ) kann zu Produktschäden und/oder erhöhtem Materialausschuss führen.

Im Vergleich zu Standard-Laserlicht (1064 nm) und grünem Laserlicht (532 nm) hat UV-Laserlicht eine höhere Materialabsorptionsrate. Dadurch können mit weniger Energie gut sichtbare Beschriftungsergebnisse erzielt werden, was ein beschädigungsfreies Beschriftungsergebnis gewährleistet.

Die hohe Absorptionsrate ermöglicht es auch, dass ein UV-Laser sonst schwer zu beschriftende Objekte oder Materialien, wie z. B. Kunststoffe, stark reflektierende Metalle (Gold, Silber, Kupfer) oder wärmeempfindliche Materialien beschriften kann. Auch für die Beschriftung von (farbigen) Kunststoffen, die mit der Faserwellenlänge nur schwer oder gar nicht zu beschriften sind, können UV-Laser eingesetzt werden.

Hitzebeständiger Kunststoff

Chemiekalienbeständiger Kunststoff

UV-Laser beschriften ohne aufwändige Nachjustierung der Laserparameter. Dadurch werden Kontrastverluste durch Materialveränderungen, ungleichmäßige Formteiloberflächen und unterschiedliche Harzchargen vermieden. Die robuste Beschriftung sorgt für hohe Kontraste und Beständigkeit gegen Umgebungslicht, was einen störungsfreien Beschriftungsbetrieb gewährleistet.

Vorteile für Hersteller von Medizinprodukten: Die Europäische Kommission fordert, dass alle medizinischen Produkte mit Rückverfolgbarkeitscodes versehen werden müssen. Durch das Verfahren der „Kaltbeschriftung“ können Hersteller von Medizinprodukten alles kennzeichnen; von PE-Medikamentenflaschen bis hin zu Silikonschläuchen.

Die 3-Achsen-Steuerung passt den Brennpunkt während des gesamten Beschriftungsprozesses an, um eine beschädigungsfreie Beschriftung über den gesamten Bereich zu gewährleisten. Der Punkt, an dem der Laser fokussiert, wird ständig angepasst. Durch die Anpassung des Brennpunkts bleibt der Strahl über ein viel größeres Beschriftungsfeld (330 mm x 330 mm) im Fokus (kein Kisseneffekt), was bei herkömmlichen Beschriftungslasern nicht möglich ist.

Die Modellreihe MD-U ist mit einer 3-Achsen-Steuerung ausgestattet. Mit dieser Funktion kann der Lichtstrahl entsprechend der Form des zu beschriftenden Objekts gesteuert werden, wie z. B. Stufen, Schrägen, zylindrische und konische Teile. Verzerrungen und Materialfehler werden auf ein Minimum reduziert, sodass die Beschriftung sehr gut mit der 3D-Form übereinstimmt.

Geeignet für sehr schwierige Umgebungsbedingungen

Damit der UV-Laser auch unter schwierigen Bedingungen eingesetzt werden kann, verwendet KEYENCE in der Modellreihe MD-U ein eigenes Dichtungsmaterial, um den Beschriftungskopf zuverlässig zu schützen. Das Material ist luftdicht und sorgt dafür, dass weder Schmutz, Staub, Wasser oder andere Umgebungsbedingungen die Leistung des Lasers beeinträchtigen können.

Die Modellreihe MD-U weist dieselbe Schutzart auf, wie der lüfterlose Beschriftungskopf des Faserlasers der Modellreihe MD-F.

Ein UV-Laser emittiert Licht im ultravioletten Bereich des Spektrums mit einer Wellenlänge von 355 nm, deutlich kürzer als die Standardwellenlänge von 1064 nm. Dies ermöglicht eine hohe Energiedichte und die photolytische Bearbeitung (Molekülspaltung durch Lichtenergie) von Materialien, ohne sie zu erwärmen, ideal für präzise und kontrastreiche Laserbeschriftungen.

UV-Laser eignen sich besonders gut für Anwendungen, die eine minimale Wärmebelastung erfordern und einen starken Kontrast bieten müssen. Sie sind ideal für die Beschriftung von empfindlichen Materialien wie Kunststoffen, Glas, Gummi, Keramik und einigen Metallen, da sie ohne Wärmeentwicklung arbeiten und eine dauerhafte Kennzeichnung ermöglichen.

UV steht für „ultraviolett“ und beschreibt den Bereich des Lichtspektrums jenseits des sichtbaren Lichts. Ultraviolette Strahlung gehört zur elektromagnetischen Strahlung und hat kürzere Wellenlängen als sichtbares Licht. Sie liegt typischerweise zwischen 100 nm und 400 nm. UV-Strahlung wird für verschiedene technologische Anwendungen genutzt, darunter UV-Laser (355 nm) für präzise Beschriftungsverfahren.

UV-Laser eignen sich unter anderem für folgende Branchen:

• Medizintechnik: Beschriftung von medizinischen Geräten und Verpackungen.
• Elektronik: Präzise Kennzeichnung elektronischer Bauteile, bei denen eine thermische Belastung vermieden werden muss.
• Automobilindustrie: Beschriftung von Bauteilen, bei denen es auf Haltbarkeit und Präzision ankommt.
• Luft- und Raumfahrt: Kennzeichnung von Teilen, die eine hohe Beständigkeit gegen extreme Bedingungen erfordern.