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Hochklassiger Service für Ihre Lasersysteme von Panasonic

Physik der Laserbeschriftung

Zur Kennzeichnung mit Licht wird ein Laser benötigt. Der Begriff „Laser“ steht für Light amplification by stimulated emission of radiation, was übersetzt so viel heißt wie Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung.
Ermöglicht wird dieser Prozess durch die atomare Struktur eines laseraktiven Medium z.B. CO2 oder Ytterbium. Atome können elektromagnetische Strahlung aussenden, wenn sie durch ein von außen einwirkendes elektromagnetisches Strahlungsfeld geeignet energetisch angeregt werden.
Der Überschuss an Energie im Medium wird dann in Form von Lichtwellen (Photonen) abgegeben.

Unterschied zwischen natürlichem Licht und Laserstrahlung

Natürliches Licht

Bekannte Lichtquellen, wie z.B. Glühlampe oder die Sonne, erzeugen durch Energiezufuhr elektromagnetische Strahlung, die sich nach allen Seiten gleichmäßig ausbreitet. Diese Strahlung decken dabei das gesamte Spektrum der elektromagnetischen Strahlung von z.B. UV bis Infrarot ab. Für das menschliche Auge ist diese Strahlung nur in einem begrenzten Bereich, von Blau bis Rot, zu erkennen. Hierbei spricht man auch von Lichtstrahlung.
Ein gleichmäßiges Gemisch aller Lichtstrahlung / Farben wird von unserem Auge als weiß wahrgenommen.

 

Laserstrahlung

Der erste Unterschied zwischen Glühlampe und Laser besteht darin, dass der Laser ein (annähernd) paralleles Strahlungsbündel erzeugt (d.h. die gesamte Strahlung wird in die gleiche Richtung abgestrahlt). Die Strahlung besteht dabei nur aus einer einzigen „Farbe“ (Wellenlänge) und wird daher als monochromatisch bezeichnet. Laser erzeugen Strahlung mit einer Wellenlänge von infrarot bis ultraviolett. Darüber hinaus breiten sich die elektromagnetischen Wellen der Laserstrahlung in Phase zueinander aus (sie sind "kohärent"). Die Intensität der Strahlung ist zudem viel höher als bei normalem Mischlicht.

Machbarkeitsuntersuchung für Panasonic Lasersysteme

Strahldivergenz

Aufgrund der sehr geringen Strahldivergenz ist eine flexible Strahlführung (u. a. in Lichtleitfasern) möglich. Die geringe Strahldivergenz erlaubt es aber auch, die Laserstrahlung mit Hilfe von Linsen auf einen sehr kleinen Punkt zu fokussieren, dessen Durchmesser bis in die Größenordnung der Laserwellenlänge verkleinert werden kann. Durch die Fokussierung wird die ohnehin vergleichsweise hohe Strahlleistungsdichte noch weiter vergrößert. Diese Eigenschaft ist besonders wichtig für das präzise Markieren von Werkstoffen.

Das Lasermarkieren bzw. die Laserbeschriftung von Bauteilen ist meist ein thermischer Prozess, bei dem die fokussierte Laserstrahlung genutzt wird, um die Oberfläche oder das Innere eines zu bearbeitenden Werkstoffs zu verändern. Entscheidend bei der Laserbeschriftung ist, dass der Werkstoff die verwendete Laserstrahlung absorbiert und dadurch die Möglichkeit der Bearbeitung des Bauteils gegeben ist.

Projektberatung für Panasonic Lasersysteme

Laserbeschriftung

Die Laserbeschriftung hat den Vorteil, dass sie eine hohe Qualität und Reproduzierbarkeit bei einer hoher Markiergeschwindigkeit garantiert. Da in Zeiten von Industrie 4.0 die Rückverfolgbarkeit eines Produktes (Traceability) zu einem absoluten „Muss“ geworden ist, gewinnt die Laserbeschriftung rapide an Bedeutung. Verschärfte Produkthaftungsgesetze und die Digitalisierung zwingen die Hersteller aller Branchen zu einer lückenlosen Rückverfolgung aller ihrer Produkte und Bauteile. Selbst kleinste Komponenten sind hiervon betroffen.  Mit den Lasermarkiersystemen lassen sich beliebige Zeichen oder Symbole auf die unterschiedlichsten Materialien dauerhaft aufbringen. Dabei sind den Möglichkeiten nahezu keine Grenzen gesetzt. Ob Zahlen-, 2D-, QR- oder Barcodes, Sonderzeichen, gesetzlich vorgeschriebene Daten oder Grafiken, alles kann aufgebracht werden.

Installation Panasonic Laserbeschriftungssysteme

Laserbeschriftung in der Praxis

Die Branchen, in denen die Laserbeschriftung Anwendung findet, sind genauso vielfältig wie die Materialien, welche man markieren oder beschriften kann. Denn mit einer Laserbeschriftung lassen sich viele Materialien problemlos dauerhaft abriebfest und deutlich lesbar kennzeichnen. Und es fallen bei der Laserkennzeichnung keine Verbrauchsmaterialien an. Zudem ist der Wartungsaufwand von Laserbeschriftungssystemen vergleichsweise gering.

 

Verpackungsindustrie

Die Laserbeschriftung begegnet uns bereits morgens, wenn wir den Kühlschrank öffnen. Denn in der Verpackungsindustrie ist die Kennzeichnung mit Lasern schon längst Standard. Individuelle Mindesthaltbarkeitsdaten bei identischem Etikett in hohen Stückzahlen auf unzähligen Oberflächen wie Metall, Glas, Kunststoff oder organische Materialien finden sich in unserem täglichen Umfeld zuhauf. Die hierfür benötigten flexiblen, individuellen Markierungen lassen sich schnell und automatisiert erzeugen und erfüllen höchste Hygieneanforderungen.

Schulung Panasonic Laserbeschriftungssysteme

Laserbeschriftung in der Automobilindustrie

Beim Blick in unser Auto fällt einem das Armaturenbrett und die Mittelkonsole auf. Übersichtlich sind die verschiedenen Zusatzfunktionen auf den Knöpfen und Schalter durch ein kontrastreiches Symbol, welches bei Nachtfahrten zusätzlich von einer Lichtquelle beleuchtet wird, dargestellt. Auch hier kommt die Laserbeschriftung zum Einsatz. Beim Blick unter die Motorhaube ist zu bemerken, dass fast jeder Stecker, jede Muffe laserbeschriftet ist. Aber auch Bremssättel, die beispielsweise über ihren Produktlebenszyklus hinweg härtesten Bedingungen wie Feuchtigkeit, Dreck, starker Hitze und Salz ausgesetzt sind, werden so dauerhaft mit einem Data-Matrix-Code beschriftet.

Wartung Panasonic Laserbeschriftungssysteme

Laserbeschriftung in der Medizintechnik

Besonders in der Medizin hat die Rückverfolgbarkeit von Produkten höchste Priorität. So stellt die Kennzeichnung von Medizinprodukten die Hersteller zunehmend vor Herausforderungen, da die Anforderungen an eindeutige Kennzeichnung und Identifikation steigen, und die Vorschriften in der Medizinbranche strenger werden, wie die von der FDA (Food and Drug Association) eingeführte UDI-Richtlinie (Unique Device Identification) zeigt. Die Umsetzung dieser Richtlinie wird bis 2020 gesetzlich verpflichtend sein. So ist eine Direktmarkierung von Medizinprodukten immer dann erforderlich, wenn das Produkt von der Originalverpackung getrennt wird und über einen längeren Zeitraum wiederholt verwendet wird. Dies ist mit Laserbeschriftung am leichtesten umzusetzen.

Aber auch aggressive Reinigungsmethoden stellen die Medizintechnik-Industrie vor Herausforderungen. Hochalkalische Reinigungsbäder mit einem pH-Wert über 10 sowie eine anschließende Sterilisation bei mindestens 134°C erhöhen die Korrosionsgefahr an herkömmlichen Markierungen und können darüber hinaus auch zum Verblassen oder Abplatzen einer Markierung führen. Unleserliche Kennzeichnungen können für Patienten gravierende Folgen haben. Laserbeschriftungen bieten beständige Markierungen, erleichtern so die Qualitätskontrolle und gewährleisten darüber hinaus die Fälschungssicherheit. Zunehmend muss selbst auf kleinsten Flächen eine Vielzahl von Informationen Platz finden.
Mit der Lasermarkierung ist das auch bei den Röhrchen des 96er-Racks, die oft gerade mal einen Milliliter fassen, oder anderen kleinen medizinischen Instrumenten möglich.

Laserbeschriftung in der Medizintechnik

Laserbeschriftung Elektrotechnik

In der Elektronikfertigung werden SMD-Bauteile immer kleiner und kleiner und somit muss auch die Markierungen präziser aufgebracht werden. Die meisten Bauteile sind mikroskopisch klein, eine mögliche SMD-Markierfläche kann schon mal 0,6 mm x 0,8 mm haben, was das Aufbringen von Markierdaten erschwert. Auch hier sind Laserbeschriftungssysteme die erste Wahl. Aber auch Leiterplatten und elektronische Komponenten werden mit permanenten, lötbeständigen und sicher maschinenlesbaren Laserbeschriftungen gekennzeichnet. Und die Mehrzahl der Gehäuse für elektrische oder elektronische Baugruppen wird aus Gründen der Rückverfolgbarkeit, Qualitätssicherung und des Markenschutzes laserbeschriftet.

Laserbeschriftung in der Elektrotechnik

CO2-Laser und Faserlaser

Welche Lasersysteme eignen sich besonders zur Laserbeschriftung

 

CO2-Laser und Faserlaser
In der Industrie wird heute mit unterschiedlichen Laserbeschriftungssystem gearbeitet. Im Wesentlichen unterscheiden sie sich durch die Laserquelle, die verbaut wird. Besonders im Fokus stehen bei Panasonic die CO2-Laser und der Faserlaser.

 

Funktionsweise eines CO2-Lasers
CO2-Laser sind Gaslaser, die auf einem Kohlendioxid-Gasgemisch basieren, das elektrisch angeregt wird. Wird dem Gas über eine Spannungsentladung Energie zugeführt, entstehen Lichtwellen. In einer Laserröhre sind an beiden Enden Spiegel angebracht. Einer ist lichtundurchlässig und einer teildurchlässig, sodass die produzierten Lichtwellen zwischen den Spiegeln hin- und herreflektiert werden, bis sie beim teildurchlässigen Spiegel als Laserstrahl austreten. Mit einer Wellenlänge von 10,6 Mikrometern eignen sich CO2-Laser primär zum Bearbeiten von nicht-metallischen Materialien und Kunststoffen. Diese Laserart hat einen relativ hohen Wirkungsgrad und eine sehr gute Strahlqualität.

CO2-Laser und Faserlaser

Funktionsweise eines Faserlasers

Der Faserlaser ist eine spezielle Form des Festkörperlasers. Der dotierte Kern der Glasfaser bildet das aktive Medium. Für die Faseroptik werden lange, dünne Glas-Stränge verwendet, durch welche die Lichtsignale übertragen werden. Die Laserstrahlung, welche durch die Faser geleitet wird, wird aufgrund der großen Faserlänge enorm verstärkt. Auch Faserlaser haben zwei Spiegel an ihren Endflächen, die einen Resonator bilden. Die technische Lebensdauer der Laserstrahlquelle beträgt in der Regel über 100.000 Betriebsstunden.

 

Optimale Strahlqualität des Faserlaser mit integriertem Verstärker


Die Eigenschaften von Laserstrahlung, wie z. B. Strahlqualität und Impulsdauer, werden beim Erhöhen der Laserleistung oftmals negativ beeinflusst. In diesen Fällen wird der Laseroszillator mit einem auch als MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) bezeichneten Verstärker gekoppelt. Die gewünschten Laserparameter werden erreicht, indem der Oszillator gezielt auf stabile Laserleistung ausgelegt wird. Als Verstärker werden gepumpte aktive Medien wie z. B. Laserkristalle oder Lichtleiterfasern (MOFPA: Master Oscillator Fiber Power Amplifier) eingesetzt, wie sie bei Faserlasern verwendet werden. Mit Hilfe einer externen Energiequelle wird der Verstärker gepumpt und somit die injizierte Oszillatorstrahlung verstärkt.
Speziell die faserbasierenden Oszillatoren weisen eine sehr gute Stabilität und Zuverlässigkeit auf und sind dabei sehr kompakt aufgebaut. Vor allem in Kombination mit dem oben beschriebenen Faserlaser ergibt sich eine hohe Pulsdynamik. Die Pulsform, Pulsfolgefrequenz und Pulsenergie lassen sich in weiten Bereichen variieren. In Bezug auf die Strahlqualität kann die Erhaltung der Grundmode-Strahlqualität gewährleistet werden.

 

Vorteile Faserlaser


Da die Laserstrahlung direkt in der Faser erzeugt wird, erreicht der Faserlaser eine sehr hohe Strahlqualität (Strahlqualität der Laserstrahlung, M² < 1,2), zudem sind die elektrisch optischen Wirkungsgrade > 30%. Neben der hohen Effizienz des Konversionsprozesses sind auch die gute Kühlung durch die große Oberfläche zu nennen. Zudem ist eine verlustarme Weiterleitung über weite Strecken aufgrund der Wellenlänge möglich und eine höhere Schnittgeschwindigkeit durch bessere Einkopplung des Strahls durch die Wellenlänge. Von Vorteil ist auch der geringe Wartungsaufwand.
Gerade für das Laserbeschriften ist der kompakte und wartungsfreie Aufbau von Vorteil.

Je nach Material und Bauteilform Ihrer Anwendung empfehlen wir Ihnen das passende Laserbeschriftungssystem

Funktionsweise eines Faserlasers