Die Helden im Hintergrund

Das einstmals simple Laserbeschriften hat sich heimlich zu einer voll vernetzbaren, fast universellen Technologieplattform mit einer großen Aufgabenpalette entwickelt: Markieren, Materialmikrobearbeitung, Oberflächenbearbeitung und -funktionalisierung. Die neuen Markierlaser eröffnen zusätzlich eine weitere Raumdimension.

14. Juni 2019
Die Helden im  Hintergrund
Lasermarkierungen auf einer gekrümmten Oberfläche sind mit der richtigen Software kein Hexenwerk mehr. (© Trumpf)

Die coolen Kids der Materialbearbeitung per Laser heißen Schweißen, Schneiden und additive Materialbearbeitung. In deren Schatten stand das einst biedere Laserbeschriften. Simples Gravieren von Zeichen per Laserlicht. Durch die Evolution von Strahlquellen, Scan- und Steuerungstechnik erobert das Lasermarkieren sich nun jedoch viele andere Anwendungen und Materialien.

Immer mehr Anwender entdecken die Vorteile dieser Technologie: Sie arbeitet schneller, effizienter und produktiver als konventionelle Verfahren. Lasermarkieren kommt zudem vollständig ohne Verbrauchsmaterialien aus – und es ist flexibel: Anders als konkurrierende Verfahren ist der Laser nicht beschränkt auf einen festen Satz an Zeichen und Symbolen, sondern lässt sich frei und bedienerfreundlich programmieren.

Alles begann mit dem Lasergravieren in Stahl – ein in diesem Zusammenhang recht unproblematischer Werkstoff, bei dem man mit infrarotem Laserlicht die besten Ergebnisse erzielt. Nach und nach kamen weitere Materialien hinzu, auch Metalle mit hohen Reflexionsgraden wie etwa Aluminium, Kupfer oder Gold. Diese absorbieren nur einen geringen Teil der Laserleistung. Der Weg zu effizienten und effektiven Prozessen bei diesen schwierigen Metallen führt über eine kürzere Wellenlänge.

Vom Stahl zur Gurke

Grünes Licht hat dort eine höhere Absorptionsrate. Für hochqualitative Ergebnisse reicht kurzwelliges grünes Licht jedoch nicht alleine aus: Entscheidend sind hier ebenso die Strahlqualität und hohe Pulsspitzenleistungen. Auch die Oberfläche von Keramikbauteilen lässt sich so per Laser gravieren oder gezielt gestalten, sowohl mit infrarotem als auch ultraviolettem Licht.

Inzwischen können gepulste Laser auf praktisch jedem Werkstoff Spuren hinterlassen. Im Zweifel kommt es nur darauf an, den passenden Laser zu wählen und die optimale Pulsenergie und Wellenlänge zu bestimmen, um ein überzeugendes Ergebnis zu erlangen. Die heutigen Möglichkeiten zur Feinsteuerung der einzelnen Parameter erlauben es, nicht nur Spuren zu hinterlassen, sondern zum Beispiel auch gezielt Farbstoffe zu verändern. Das sogenannte Anlassen etwa führt im Stahl lediglich zu einem deutlich erkennbaren Farbumschlag, ohne die Haptik der Oberfläche zu verändern.

Grundidee: Oberflächenbearbeitung

Markierlaser eignen sich für immer neue Aufgaben: klassisches Gravieren in Metall, Keramik und anderen Werkstoffen, der Farbumschlag bei Metallen und Kunststoffen, Aufschäumen bei Kunststoffen und korrosionsbeständiges Schwarzmarkieren an Metallen. Aber Markierlaser sind trotz ihres Namens längst nicht auf Markieren und Schreiben begrenzt. Die Grundidee eines Markierlasers ist es, sehr schnell extrem konzentriertes Licht einzusetzen, um Oberflächen zu bearbeiten. Daraus leiten sich immer mehr Anwendungsgebiete ab, die weit über das ursprünglich Vorgesehene hinausgehen.

Markierlaser tragen – etwa zur Reinigung oder zur Schweißvorbereitung – Verschmutzungen, Ölfilme oder Schutzschichten ab, sie entfernen Lacke oder andere Deckschichten. Dies kann sowohl auf kleinem als auch auf großem Raum geschehen und dank der ausgereiften Scannertechnik kann das System Geometrien sehr flexibel abfahren.

Auch zur Mikromaterialbearbeitung greifen immer mehr Anwender auf die schon industriell bewährten Markiersysteme zurück und gestalten damit gezielt die Oberflächeneigenschaften ihrer Werkstoffe. Beispielsweise rauen sie Oberflächen auf, damit Klebemittel besser anhaften können, bringen wasserabweisende Strukturen ein oder verbessern das Gleitverhalten geschmierter Teile, um deren Effizienz im Einsatz zu steigern. Markierlaser sind inzwischen also zu einer wunderbaren Plattform herangereift für Applikationsideen – weit über den ursprünglichen Zweck hinaus.

Die Zeichen der Industrie 4.0

Der Trend zur vernetzten Produktion ist gleichzeitig ein Trend zu mehr Markierungen in der Produktion. So statten Markierlaser die Werkstücke mit einem individuellen Data-Matrix-Code aus, den die Bearbeitungsmaschinen auslesen können und die Information erhalten, die sie für den kommenden Arbeitsschritt brauchen. Am Schluss der Bearbeitung schreibt ein Markierlaser einen neuen Code und es geht weiter: Vorgenommene Fertigungsschritte, Rückverfolgbarkeit, Auftragsnummer, Qualitätskontrolle – alle denkbaren Informationen lassen sich so auf wenigen Quadratmillimetern unterbringen, dauerhaft und beständig auf der Oberfläche, ohne diese zu verändern. Mit diesen Eigenschaften sind sie zum Beispiel RFID-Chips überlegen, die an dem Werkstück angebracht werden müssen, abfallen können und strapaziöse Bearbeitungsschritte wie etwa Glühen oder Härten nicht überstehen.

Unterstützt wird dieser Trend dadurch, dass Markierlasersysteme immer kompakter und einfacher zu integrieren werden. Sie lassen sich wie Bürodrucker aufstellen, einfach in Prozessketten einfügen, mobil zwischen unhandlichen Bauteilen hin- und herbewegen oder direkt in Bearbeitungsmaschinen integrieren. Dabei sind es geschlossene, fast wartungsfreie Plug-and-Play-Systeme, die beim Bediener so gut wie keine Erfahrung mit Lasertechnik voraussetzen.

3D ohne Umweg

Moderne Scan- und Steuerungstechnik ermöglichen es, die Position des Fokus und die eingebrachte Energiemenge mit enormer Präzision zu kontrollieren – nicht nur in der Fläche, sondern auch im Raum. Unterstützt durch spezielle Software, die den Fokuspunkt entlang der Z-Achse verschieben kann, entstehen so perfekt lesbare Markierungen auch auf dreidimensionalen Bauteilen – direkt und ohne Umwege. Die Software sorgt dafür, dass während des 3D-Markiervorgangs die Leistungsdichte unverändert hoch und die Laserparameter konstant bleiben.

»Markierlaser sind eine Plattform für Applikationsideen.«

— Dr. Florian Kanal, Produktmanager für Mikro- und Markierlaser

Bildverarbeitungssysteme erhöhen die Qualität zusätzlich und leisten einen wertvollen Beitrag zur Dokumentation. Durch die Linse hindurch blickt das System direkt auf den Markierprozess. Es erkennt die tatsächliche Lage des Bauteils anhand definierter Konturen und positioniert den Markierinhalt automatisch korrekt.

Zudem kann es die Werkstückoberfläche detektieren und mithilfe einer Autofokusfunktion den richtigen Arbeitsabstand einstellen. Die Bildverarbeitung ist zudem zusätzlich in der Lage, Codes zu erkennen, auszulesen und ihre Qualität zu beurteilen. Auf Wunsch kann solch ein System automatisch Prozessdaten dokumentieren und in der vernetzten Produktion Folgeschritte veranlassen.

Ständig steigende Produktivität

Mit neuen Strahlquellen für Markierlaser, höheren Pulsenergien und gesteigerter mittlerer Leistung am Werkstück erzielt Trumpf immer kürzere Prozesszeiten – bei exzellenter Strahlqualität. Intelligente Leistungsregelungen, die Laserleistungen während des gesamten Prozesses hindurch messen und anpassen, stellen wir optimalen Materialabtrag und Markierungen mit hohem Kontrast sicher. Für gesicherte Qualität sorgen integrierte Bildverarbeitungssysteme, und unsere einfach zu bedienende Software ermöglicht Anwendern beste Ergebnisse auch bei komplexen Bauteilen.

Bei Trumpf erwartet man, dass einfach anwendbare und leistungsstarke Markiersysteme – laut Dr. Florian Kanal, Trumpf-Produktmanager für Mikro- und Markierlaser, die »heimlichen Helden von heute« – in Zukunft eine noch viel größere Rolle in der Produktion spielen werden als bisher.

Erschienen in Ausgabe: 04/2019