Bereits seit 1983 entwickelt und fertigt LS Laser Systems Laser-Beschriftungssysteme und Laser-Trimmsysteme. Die Beschriftungssysteme zeichnen sich durch hohe Flexibilität, einfache Integration und dauerhafte Beschriftungen aus. Sie decken dabei Anwendungen in nahezu allen industriellen Bereichen auf einer Vielzahl von Materialien ab.

Je nach Kundenanforderung fertigt das Münchner Unternehmen kundenspezifische Lasersysteme, die je nach Applikation mit unterschiedlichen Lasertypen ausgerüstet werden. Als OEM-Laser zur Integration in Fertigungslinien stehen dem Kunden verschiedene Varianten in unterschiedlichen Leistungsklassen zur Verfügung:

• lampengepumpte Nd:YAG-Laser mit 1064 nm Wellenlänge
• Faser-Laser mit 1064 nm Wellenlänge
• diodengepumpte Nd:YAG-Laser mit 1064 nm Wellenlänge
• diodengepumpte Nd:YAG-Laser mit 532 nm Wellenlänge
• diodengepumpte UV-Laser mit 355 nm Wellenlänge
• sealed-off CO2-Laser mit 10640 nm Wellenlänge

Zur Einbindung und für den Hand-Shake mit der Linie und/oder einem Leitrechner stellt das System I/O-Schnittstellen und RS-232 Schnittstellen bereit.
Daneben entwickelt LS auch kundenspezifische Stand-Alone Systeme, die wahlweise mit Drehteller, X/Y-Tisch, Rundachse sowie automatischer oder manueller Z-Achse ausgeführt sein können. Selbstverständlich lassen sich diese Komplettanlagen auch mit einer automatischen Zuführung ergänzen.

Laserbeschriften

Der Laser ist für eine Vielzahl von Anwendungsfällen u.a. in der Elektro-, Verpackungs-, Werkzeug- und Metallindustrie zum Beschriftungswerkzeug Nummer „1“ geworden. Speziell die dauerhafte Beschriftung mit dem Laser wird mit zunehmender Automatisierung und Miniaturisierung der Produkte immer wichtiger. Dabei sind durch das Produkthaftungsgesetz die inneren Merkmale von Geräten und Bauteilen auf Typen- und Leistungsschildern oder direkt auf dem Produkt auszuweisen.

Unter Laserbeschriftung versteht man das direkte Beschriften einer Oberfläche mittels Laserstrahl ohne zusätzliche Hilfsmittel. Dabei wird der Laserstrahl mit einer Spiegel-Ablenkeinheit und einer Planfeldlinse positioniert und auf das Werkstück fokussiert. Der Kontrast des Schriftbildes wird von verschiedenen Parametern beeinflusst. Die wichtigsten Laserparameter sind die Wellenlänge des Laserstrahls, die Laserleistung und die Pulsfrequenz. Diese Parameter sind applikationsspezifisch zu ermitteln und hängen überwiegend von der Absorption und der Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes ab. Dabei kann der Laser den Werkstoff auf unterschiedliche Arten beeinflussen:

• Reine Oberflächenerwärmung bei niedrigen Pulsleistungsdichten kann
eine Oberflächenveränderung erzeugen. Ein typisches Beispiel sind
Anlassfarben bei kohlenstoffhaltigen Stählen.

• Erhöhung der Energie kann zu lokalem Aufschmelzen des Materials
führen. Nach dem Erstarren der Schmelze erzeugt eine veränderte
Oberflächenstruktur und/oder eine Aufwölbung. Die veränderte
Lichtreflexion ergibt dann den Beschriftungskontrast.
(z.B. Karbonisierung von Kunststoffen)

• Noch höhere Pulsleistungsdichten führen zu einem lokalen
Verdampfen des Werkstoffes und so zu einer Grabenbildung wie bei
einer Gravur.

• Ein Sonderfall ist die Beschriftung durch Materialabtrag bei
Zweischicht-Werkstoffen, wie eloxiertes Aluminium und
Folienetiketten. Sind die Schichten unterschiedlich gefärbt, so
ergibt sich ein hoher Kontrast bei hohen
Beschriftungsgeschwindigkeiten.

Mit dem Laser lassen sich so verschiedenste Beschriftungsinhalte auf unterschiedlichste Materialien aufbringen:

Beschriftungsinhalte

• Texte
• Barcodes (z.B. Datamatrix)
• Grafiken (z.B. Firmenlogos)
• Variable Inhalte (Seriennr.)
• Online-Daten

Materialien

• Metalle
• Kunststoffe
• Leiterplatten
• Folien

Bei Metallen lässt sich eine Beschriftung durch Erwärmung, Schmelzen und Verdampfen erzeugen. Die qualitativ hochwertigsten Beschriftungen sind bei der Bearbeitung von lackierten und eloxierten Materialien zu erreichen. Dabei erfolgt die Laserbeschriftung durch Verdampfen der Deckschicht. Je nach Lasertyp und Beschichtung sind Beschriftungsgeschwindigkeiten von mehreren 100 mm/s bis über 1000 mm/s zu erzielen.
Nichtmagnetische Metalle wie Kupfer, Nickel, Messing, Aluminium lassen sich durch den Laser gravieren, wobei der Kontrast im wesentlichen durch die Schattenbildung in der Laserspur entsteht. Ein Farbumschlag ist bei diesen Materialien nicht zu erzeugen. Jede Art von Werkzeugstahl aber auch minderwertiger Stahl, wie Baustahl, lässt sich mit dem Laser ebenfalls gravieren. Bei kohlenstoffhaltigen Stählen, die bei einer Wärmebehandlung eine Farbreaktion zeigen, ist auch eine Beschriftung durch Anlassfarben möglich.
Kunststoffe sind organische chemische Verbindungen, die durch Verknüpfung geeigneter niedermolekularer Bausteine zu Makromolekülen entstehen. Generell sind drei Arten von Kunststoffen zu unterscheiden:

• Thermoplaste
• Duroplaste
• Elastomere

Zur Modifikation und Optimierung der Eigenschaften auf die jeweilige Anwendung werden die Kunststoffe mit diversen Zusätzen wie Weichmacher, Stabilisatoren, Füllstoffen, Farbstoffen, Gleitmittel usw. versehen. Die für die Laserbeschriftung wichtigsten Materialgrößen wie die spektrale Absorption sind somit nicht nur vom Kunststofftyp, sondern insbesondere auch von den Additiven abhängig. Die Vielzahl der Typen und Additive sowie die unterschiedlichen Produktnamen der Herstellerfirmen erlauben keine umfassenden Aussagen über das Beschriftungsverhalten dieser Werkstoffe. So lassen sich ABS und eine Reihe von Thermoplasten ohne wesentlichen Aufwand kontrastreich mit dem Laser beschriften. Andere, besonders teilkristalline Werkstoffe wie z.B. Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) lassen sich nur durch den Zusatz von lasersensitiven Additiven gut laserbeschriften.

Durch die Laserstrahlung erwärmt sich der Kunststoff lokal. Dies führt zu thermischen Prozessen wie Verdampfen von Material, Entfernen von Schwarzpigmenten, Karbonisierung, Aufschäumen oder Ausbleichen von organischen Farbstoffen. Bei hellen Kunststoffen mit einer guten Absorption bewirkt der Laserstrahl eine Temperaturerhöhung und eine lokale Verbrennung. Dies führt zu einer kontrastreichen Kennzeichnung infolge Gravur und Karbonisierung. Sind aromatische Strukturen, wie bei Polycarbonaten und aromatisierten Polyestern, vorhanden, ermöglicht die Ausbleichung der Ruß- oder Graphitanteile im Kunststoff eine kontrastreiche, helle Beschriftung auf schwarzen Untergrund. Bei vielen Kunststoffen, mit geringer oder keiner Absorption der Laserstrahlung, erfordert eine Farbumschlagreaktion durch spezielle Materialeinstellung über Additive. Diese Füllstoffe bzw. Pigmente zeichnen sich durch eine gute Absorption aus und bewirken so eine kontrastreiche Laserbeschriftung.
Kunststoffe, die nicht oder schlecht mit einem Nd:YAG-Laser zu beschriften sind, lassen sich mit einem CO2-Laser problemlos beschriften. Der CO2-Laser erzeugt auf jedem Kunststoff zumindest eine Gravur, dadurch lassen sich sogar schwierig zu beschriftende Materialien wie roter Kunststoff markieren. Neben der variablen Auswahl der Beschriftungsposition besticht der CO2-Laser durch die niedrigen Investitionskosten und die einfache Integration. Ein Beispiel für eine solche Beschriftung ist im Bild 3 zu sehen. Aber auch durchsichtige Kunststoffe wie Plexiglas lassen sich mit dem CO2-Laser gravieren (siehe Bild 4) und somit sichtbar beschriften.

Leiterplatten markieren

Ein anderes Beispiel für den Einsatz von CO2-Lasern ist das Kennzeichnen von Leiterplatten mit Barcodes. Die Barcode-Kennzeichnung nimmt im modernen Produktionsprozess einen immer höheren Stellenwert ein und variable Daten lassen sich nur durch eine nachträgliche Beschriftung aufbringen. Solche Beschriftungen sind mit dem Laser nicht direkt auf das Basismaterial zu beschriften, da die thermische Einwirkung zu einer ungewünschten Carbonisierung des Materials führt und solche Markierungen einen ungenügenden Kontrast aufweisen. Andere Beschriftungsverfahren, wie das Tintenstrahldrucken weisen diese Nachteile zwar nicht auf, sind aber meist nicht genügend abriebfest und die Linienauflösung, besonders für BarCodes, ist oft zu gering. Durch den Einsatz von sealed-off CO2-Laser wird die Laserbeschriftung auch für den Einsatz in der Leiterplattentechnik nutzbar gemacht. Dadurch gewinnt man die Vorteile der Lasertechnik auch für Kennzeichnungen in der Baugruppenfertigung.
Mit einem CO2-Laser lässt sich der Lötstoplack direkt, ohne Abtrag beschriften. Sogar die gängigsten Basismaterialien lassen sich mit dem CO2-Laser ohne Carbonisierung markieren. Es sind keine weiteren Prozessschritte in der Fertigung der Baugruppe notwendig und die sichere zuverlässige Zuordnung des BarCodes zur Platine bleibt jederzeit erhalten.

Bildverarbeitung korrigiert Toleranzen

Zur exakten Positionierung des Laserstrahls hat LS Laser Systems das bewährte Video-Edge-System entwickelt. Die Bildverarbeitung kann neben Kanten und Flächen auch Muster erkennen. Damit hat der Anwender ein vielseitiges Hilfsmittel zur Korrektur seiner Bauteiltoleranzen zur Verfügung. Die Flächensuche erfasst automatisch die Fläche einer Werkstückteils und berechnet aus den Daten den Flächenschwerpunkt (Mittelpunkt der Fläche), die Abmessungen sowie die Winkellage. Die konturbasierende Mustererkennung merkt sich die Kanten eines Referenzteils und vergleicht diese mit der zu suchenden Marke. Als Ergebnis wird der Versatz und die Winkellage ermittelt. Die Mustererkennung ist gegenüber der Kanten- und Flächenerkennung unkritisch bezüglich der Beleuchtung und fehlertolerant. So hat der Anwender alle Informationen zur Korrektur der Toleranzen zur Verfügung.
Eine zuverlässige Bildverarbeitung ist jedoch von einer optimierten Beleuchtung abhängig. Deshalb besteht die LS-Beleuchtung aus monochromatischen Diodenclustern. Diese Cluster garantieren eine gleichmäßige und großflächige Beleuchtung des gesamten Arbeitsfeldes. Die Wellenlänge des Diodenclusters liegt nahe an der Wellenlänge des Laserstrahls und hat deshalb eine flache Sphäre nach der Abbildung durch die Planfeldlinse. Zusätzlich vermeidet dies Verzerrungen, die durch das Wellenlängenspektrum von Kaltlichtquellen entstehen. Deshalb arbeitet die Bildverarbeitung, unabhängig von der Brennweite der Planfeldlinse, im gesamten Bearbeitungsbereich zuverlässig.

Zusammenfassung

Die intelligente, benutzerfreundliche Software von LS Laser Systems steuert den Laservorgang beim Bearbeitungsprozess und kommuniziert mit der Peripherie und/oder einem Hostrechner. Soll die Laseranlage nicht in die Produktionslinie integriert werden, so lässt sich auch eine Stand-Alone Anlage als Insellösung mit Magaziniereinheiten für den Belade- und Entladevorgang realisieren.
Das große Know-How und die Erfahrungen der Laserexperten von LS Laser System bei der Konzepterstellung, Planung und Produktion von In-Line und Stand-Alone Systemen garantieren ausgereifte Anlagen. Die Laseranlagen beschriften Bauteile, Baugruppen oder Gehäuse zuverlässig und schnell.

http://www.ls-laser-systems.de