Schwarzmarkierung ☑️ mit Beschriftungslaser zur dauerhaften Produktkennzeichnung

Artikel, letzte Änderung: , Autor : Magdalena Brandt

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Unter Schwarzmarkierung versteht man eine sehr kontrastreiche Beschriftung, welche über technisch anspruchsvolle Oberflächeneigenschaften verfügt.

Was versteht unter einer laserinduzierten Schwarzmarkierung?


Die Schwarzbeschriftung kann durch eine „Feinstrukturierung der Oberfläche“ zutage treten. Hierbei werden Strukturen realisiert, die wie eine Art „Lichtfalle“ wirken. Das einfallende Licht tritt in die Struktur ein und wird in dieser „ausgelöscht“, sodass die Markierung schwarz erscheint. Das Besondere hierbei ist die hohe Qualität und die Korrosionsbeständigkeit. Hierfür kommen spezielle Lasersysteme zum Einsatz, welche zeitlich aufgelöste Pulsweiten von wenigen Pikosekunden haben, um die feinen Strukturen ohne Abscheidung des Sublimates zu erzeugen. Ein hierfür zum Einsatz kommendes Lasersystem ist der DFL Brevis Marker der ACI Laser GmbH. Dieses System basiert auf dem Grundsätzlichen Aufbau eines Faserlasers mit einem nachgelagerten optischen Kompressor. Die Anforderungen an industrielle Markierungen steigen zunehmend. Diese Entwicklung geht auch an der industriellen Laserbeschriftung nicht vorbei. Markierungen dienen nicht mehr nur dazu, zu informieren. Indessen sind diese ein wesentliches Produktgestaltungselement, welches hohen ästhetischen Anforderungen genügen muss. Weiterhin nehmen Beschriftungen dieser Art auch eine technische Rolle ein. So stehen die Rückverfolgbarkeit (traceability), sowie die maschinelle Lesbarkeit vieler Anwendungen im Vordergrund. Gefordert werden ein hoher bzw. maximaler optischer Kontrast bei Schonung der Materialoberfläche. Die Erfüllung dieser Kriterien schlossen sich bisweilen einander aus, sodass Anwender und Produktdesigner auf Kompromisse angewiesen waren. Wird die moderne Kurzpulslasertechnologie beherrscht, ist es möglich, die technischen Forderungen an optischen Kontrast und Oberflächengüte zu erfüllen.


Wie wird die Schwarzmarkierung hervorgerufen?


Ultrakurze Pulse


In der Regel werden sehr kurze Pulse bei einer hohen Pulsfolgefrequenz ausgegeben, um einerseits den Temperatureintrag und damit die temperaturbedingte Belastung der Oberfläche zu reduzieren. Da die Pulse im Pikosekundenbereich andauern, kommt es nicht zur Wärmeleitung im Material und damit zur Schonung der Oberfläche. Einerseits wird die passivierende Chromschicht des Edelstahls kaum zerstört, sodass der Korrosionsschutz nicht beeinträchtigt wird. Andererseits werden Strukturen geschaffen, welche wie eine Art „Lichtfalle“ funktionieren, sodass ein Rückreflex des einfallenden Lichtes nicht zustande kommt. Der Vorteil liegt einerseits in der Erfüllung der Gütekriterien, aber auch darin, dass im Falle von Metallen das Metallgitter durch temperaturbedingte Zerstörung nicht wesentlich beeinflusst wird.


Kohlenstoffabscheidung auf Metalloberflächen


Kommt es zur Wechselwirkung zwischen dem Laser und einem kohlenstoffdotierten Metall, kann es bei entsprechenden Laserparametern dazu führen, dass durch den Temperatureintrag das Metallgitter in Schwindungen versetzt wird und der im Mietallgitter gebundene Kohlenstoff durch interne Spannungen an die Oberfläche diffundiert (carbon migration). Diese Kohlenstoffabscheidung wird als Schwarzbeschriftung wahrgenommen. Irrtümlicherweise wird diese Beschriftung häufig mit der Anlassbeschriftung verwechselt. Der Nachteil dieser Strategie liegt darin, dass einerseits das Metallgitter von Kohlenstoff verarmt, sodass sich die Festigkeit deutlich verändern kann. Andererseits kann sich im Falle von Edelstahl häufig die passivierende Chromschicht nicht nachbilden, sodass die Oberflächen unter Umständen zur Korrosion neigen.


Farbumschläge in weißem Kunststoff


Wenn eine Schwarzmarkierung auf einem Kunststoffhalbzeug gewollt ist, wird dies zumeist in der Kunststoffherstellung berücksichtigt und entsprechende Pigmente beigemischt. Diese absorbieren die Laserstrahlung, welche wiederum durch Reaktionen auf molekularer Ebene einen schwarzen Farbumschlag bewirken. Hierbei wird häufig zu einer Laserwellenlänge von 355 Nanometern gegriffen, da diese durch ihre geringe Eindringtiefe die Materialoberfläche schont und durch die hohe Photonenenergie entsprechende molekulare Wechselwirkungen ermöglicht.


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