Marcus Maier Werkzeug- und Vorrichtungsbau

Metalle, Keramiken und einige Kunststoffe können mit dem Laser graviert werden. Dabei ist die Leistungsdichte des Laserstrahls so hoch, dass das Material während der Bearbeitung innerhalb weniger Nanosekunden teilweise verdampft. Im Werkstoff entsteht eine an sich farblose Vertiefung - die Gravur. Häufig bilden sich durch die Wechselwirkung des aufgeschmolzenen Grundmaterials mit dem Luftsauerstoff Oxide, die aufgrund ihrer Farbe die Beschriftung deutlicher hervortreten lassen.

Aufgrund seines Strahlprofils dringt der Laserstrahl konusförmig in die Materialoberfläche ein. Im Randbereich des fokussierten Strahls entstehen Schmelzprozesse, die einen Teil des Materials zu unerwünschten Auswürfen und Spritzern erstarren lassen. Art und Größe des Randaufwurfes sind abhängig vom Material, der Pulsleistung und von der Gravurtiefe.

Bestimmte Metalle können durch Anlassen beschriftet werden. Das Material wird dabei lokal bis unterhalb seines Schmelzpunktes erwärmt. Es entstehen lokale Gefügeveränderungen und damit verbunden mehr oder weniger intensive Anlassfarben. Diese sind bis ca. 200 °C temperaturstabil. Bei höheren Temperaturen bilden sich diese Gefügeveränderungen zurück und die Beschriftung verschwindet.

Beschichtete Materialien können dadurch beschriftet werden, dass die oberste Schicht mit dem Laser abgetragen wird. Beispiel: eloxiertes Aluminium, lackierte Werkstoffe, Tag&Nacht-Design oder Laserbeschriftungsfolien.

Beim Abtragen der Deckschicht bei beschichteten (z.B. Eloxal-Schichten) oder lackierten Metallen tritt der Laserstrahl nicht mit dem Grundmaterial in Wechselwirkung, sondern vor allem mit der Deckschicht.

Mehrschichtige Kunststoffe können durch Abtragen einer dünnen Deckschicht beschriftet werden (Lackierung oder Laser-Beschriftungsfolien, das sind in der Regel für die Laserbeschriftung optimierte Mehrschichtfolien).

Die Deckschichten sollten die folgenden Merkmale aufweisen:

• Hoher Kontrast zwischen Deckschicht und Trägermaterial.
• Gutes Absorptionsvermögen für die Wellenlänge des Lasers.
• Sehr homogene Schichtdicke.

Dieser Prozess wird vorwiegend bei Kunststoffen wirksam. Durch die Energie des Laserstrahls werden gezielt einzelne Moleküle - zum Beispiel die Farbpigmente - zerstört oder in ihrer Struktur verändert. Material und Laser-Wellenlänge sind dabei optimal aufeinander abzustimmen.

Oberhalb einer für den jeweiligen Prozess charakteristischen Schwellenenergie ändert sich die Farbe des Materials durch Absorption der Laserenergie. Für das Auge wird ein Farbumschlag oder ein Ausbleichen des Werkstoffes an den bearbeiteten Stellen sichtbar. Die Oberfläche des Werkstoffes bleibt dabei nahezu unbeschädigt.

Nur wenn Werkstoff und Laserwellenlänge optimal aufeinander abgestimmt sind, können die Farbstoffmoleküle gezielt verfärbt oder ausgebleicht werden. Dieses Verfahren ist für Werkstoff und Oberfläche ganz besonders schonend. Es setzt jedoch gründliche Voruntersuchungen und eine optimale Abstimmung der Werkstoffzusammensetzung auf die Laserwellenlänge voraus.

Schäumen ist nur bei bestimmten Kunststoffen möglich. Der Laserstrahl bringt den Kunststoff lokal zum Schmelzen. Dabei entstehen kleine Gasbläschen, die beim Abkühlen des Materials eingeschlossen werden. Es entsteht - im Gegensatz zum Gravieren - eine "erhabene" Markierung, die relativ breit ist. Das einfallende Licht wird an den bearbeiteten Stellen diffus reflektiert - dadurch erscheinen diese Stellen heller. Eine hohe Ortsauflösung ist mit diesem Verfahren nicht möglich.