Lasergravierer für Metallführung (CO2 vs. Faser vs. Diode)

Ein Lasergravierer ist eine hervorragende Lösung, um Metallteile dauerhaft mit Barcodes, Etiketten, 2D-Codes, Seriennummern, Logos und Zeichnungen zu kennzeichnen.

Obwohl Faserlaser, CO2-Laser und Diodenlaser alle zum Gravieren von Metall verwendet werden können, hängt die Art des Lasergravierers, den Sie benötigen, davon ab, wie Sie ihn verwenden möchten.

Wenn es für eine Produktionslinie ist, benötigen Sie wahrscheinlich einen Faserlaser. Wenn es für ein kleines Unternehmen oder für Heimwerkerprojekte ist, kann ein CO2- oder Diodenlaser ausreichen.

Arten von Lasern zum Gravieren von Metall

Während Faserlaser ideal für die Metallgravur sind, können CO2-Laser und Diodenlaser auch verwendet werden, um Markierungen auf Metall zu erzeugen. Werfen wir einen Blick darauf, wie jeder Typ von Metallgravierer funktioniert und in welcher Preisklasse er sich bewegt.

Faserlaser-Gravierer

Faserlaser sind aufgrund ihrer Geschwindigkeit, Präzision und Effizienz die besten Lasergravierer für Metall. Die Laserquelle ist mit Ytterbium (Yb) dotiert, wodurch der Laser eine Wellenlänge von ≈1.064 nm erzeugen kann, die gut mit Metallen reagiert. Ytterbium-dotierte Faserlaser können alle Arten von Metallen gravieren, einschließlich Aluminium, Stahl, Edelstahl, eloxiertem Aluminium, Magnesium, Blei, Zink und Kupfer.

Faserlaser können an verschiedene Gravuranforderungen angepasst werden und bieten drei Verfahren zur dauerhaften Kennzeichnung von Metallen:

• Laserätzen erzeugt bei hoher Geschwindigkeit kontrastreiche Schwarz-Weiß-Markierungen. Die verschiedenen Farben werden durch Modifikation der Oberflächenmikrostruktur erzielt. Weiß ist das Ergebnis diffuser Reflexionen, und Schwarz ist das Ergebnis von eingeschlossenem Licht.

• Lasergravur erzeugt tiefe, dauerhafte Markierungen durch Verdampfung von Materialschichten von der Oberfläche. Die entstandenen Markierungen sind abriebfest und halten verschiedenen Nachbehandlungen stand.

• Laseranlassen erzeugt schwarze Markierungen unter der Oberfläche, wodurch die Oberflächeneigenschaften des Materials wie die Korrosionsbeständigkeit erhalten bleiben. Dies geschieht durch langsames Erhitzen von eisenbasierten Metallen (wie Stahl und Edelstahl) mit einem Laserstrahl. Während das Metall erhitzt wird, diffundiert Sauerstoff unter die Oberfläche, was zu einer internen Oxidation führt.

Diese drei Prozesse können mit demselben Laser durch Anpassung der Laserparameter und der Linsenkonfiguration durchgeführt werden. Faserlaser sind teurer als andere Lasertypen und besser für industrielle Anwendungen geeignet. Industrielle Laserbeschriftungsmaschinen beginnen bei 120.000 US-Dollar, und Desktop-Laser liegen zwischen 5.000 und 25.000 US-Dollar.

Faserlaser können auch zum Gravieren einiger nichtmetallischer Oberflächen, einschließlich Kunststoffe und Gummi, verwendet werden.

CO2-Lasergravierer

CO2-Laser sind nicht ideal zum Gravieren von Metall. Dies liegt daran, dass ihre Wellenlänge (≈10,6 µm) von Metalloberflächen nicht effizient absorbiert wird. Nur ein geringer Prozentsatz der Laserenergie wird absorbiert, was eine Laserablation auf Metalloberflächen unmöglich macht.

Obwohl CO2-Laser Metalle nicht gravieren können, können sie verwendet werden, um Markierungen mit einer von zwei Methoden zu erzeugen:

• Beschichtungsentfernung: CO2-Laser können beschichtete Metallprodukte gravieren, indem sie die Beschichtung selektiv entfernen (oder abbrennen) und so das blanke Metall freilegen. Beispiele hierfür sind eloxiertes Aluminium und pulverbeschichteter Edelstahl. Bei dieser Methode wird das Metall selbst nicht graviert. Die Markierung entsteht durch den Kontrast zwischen der Beschichtung und dem blanken Metall.

• Verklebung: CO2-Laser können einen Markierungsspray (wie CerMark) verwenden, um Metalle zu gravieren. Der Spray verbindet sich durch eine chemische Reaktion mit dem Laserstrahl mit der Oberfläche. Der restliche Spray, der nicht gebunden ist, muss manuell entfernt werden. Das Ergebnis ist eine klare schwarze Markierung, die gut mit der blanken Metalloberfläche kontrastiert.

CO2-Laser werden auch zum Gravieren von nichtmetallischen Oberflächen wie Holz, Acryl, Silikon, Leder und Vinyl verwendet.

Diodenlaser-Gravierer

Diodenlaser können zum Gravieren von Metallen verwendet werden, wenn die Gravuranforderungen relativ einfach und mit geringer Leistung sind. Diese Einsteiger-Lasersysteme sind erschwinglicher als andere Lasertypen (einige sind für wenige hundert Dollar erhältlich), aber sie haben eine begrenzte Ausgangsleistung und eine geringere Strahlqualität.

Bei Diodenlasern wird die Wellenlänge durch die Energiebandlücke des Halbleitermaterials (d.h. die Energiedifferenz zwischen zwei elektronischen Bändern) bestimmt. Obwohl sie in verschiedenen Wellenlängen erhältlich sind, ist die ideale Wellenlänge zum Gravieren von Metallmaterialien 1.064 nm.

Hier ist, was je nach Wellenlänge der Diode möglich ist:

• Direktmarkierung: Mit der Wellenlänge von 1.064 nm gravieren Diodenlaser Metalloberflächen ähnlich wie Faserlaser. Allerdings sind die Gravuranwendungen aufgrund ihrer geringeren Ausgangsleistung und Präzision begrenzt.

• Verklebung: Bei anderen Wellenlängen (wie blauen Laserdioden zwischen 400 und 500 nm) benötigen Sie in der Regel einen Markierungsspray, um eine Markierung auf Metall zu erzeugen (wie bei CO2-Lasergravierern).

Um eine höhere Präzision zu erreichen, werden einige Diodenlaser in eine optische Faser gekoppelt. Diese Laser werden fasergekoppelte Diodenlaser genannt. Die Faserkopplung ermöglicht es, das von den Diodenlasern erzeugte Laserlicht in die optische Faser zu leiten, was eine bessere Laserstrahlqualität bietet.

11 Faktoren, die den Preis eines Laser-Metallgravierers beeinflussen

Die Kosten einer Lasergraviermaschine können von wenigen hundert Dollar bis zu einer halben Million Dollar reichen. Hier sind die Faktoren, die ihre Kosten beeinflussen. Sie helfen Ihnen zu verstehen, warum es sich lohnen könnte (oder auch nicht), mehr für einen Laser zu bezahlen.

1. Lasertechnologie: Faserlaser sind teurer, bieten aber eine höhere Präzision, Graviergeschwindigkeit, Kontrolle und Lebensdauer. Sie erfordern auch weniger Wartung und verbrauchen weniger Energie. CO2-Laser liegen in Bezug auf die Kosten an zweiter Stelle. Es ist jedoch zu beachten, dass ihre Betriebs- und Wartungskosten höher sind. Diodenlaser sind am günstigsten.

2. Laserleistung: Die Laserleistung ist einer der wichtigsten Faktoren, die den Preis beeinflussen. Laser mit höherer Leistung können Metalloberflächen schneller gravieren, sind aber auch teurer. In Produktionslinien werden Laser mit höherer Leistung benötigt, um Engpässe zu vermeiden und kurze Zykluszeiten einzuhalten.

3. Sicherheitsmerkmale: Jeder Laser, der Metall gravieren kann, birgt das Potenzial, Augenverletzungen, Hautverbrennungen und Brände zu verursachen. Staub und Dämpfe, die bei der Metallgravur entstehen, können auch für Bediener gefährlich sein. Einige Laser verfügen über Sicherheitsmerkmale wie Gehäuse der Klasse 1 und Staubabsaugungen, die die Kosten des Lasers erhöhen, aber die Sicherheit gewährleisten. Andere Laser wie Tisch- und Handlaser bieten wenig oder gar keinen Schutz. Sicherheitsmerkmale erhöhen die Kosten, eliminieren aber die Notwendigkeit von Sicherheitsschulungen und Schutzausrüstung.

4. Kühlfunktionen: Laser erzeugen Wärme und müssen gekühlt werden, um eine Überhitzung zu vermeiden. Verschiedene Laser werden mit unterschiedlichen Qualitäten von Kühlkomponenten (Lüfter, Kühlkörper, Wasserkühler usw.) geliefert. Günstigere Laser verfügen möglicherweise nicht über eine integrierte Kühlung, was ihre Nutzungsdauer begrenzt.

5. Optische Komponenten: Die Qualität der optischen Komponenten spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Leistung des Lasergravurprozesses. Sie beeinflusst Faktoren wie die Strahlqualität, die Fokuspräzision, die Haltbarkeit der Komponenten, das Wärmemanagement und die Geschwindigkeit. Wenn Geschwindigkeit, Wiederholbarkeit und minimale Wartung für Sie wichtig sind, sind hochwertige Komponenten unerlässlich.

6. Automatisierung und Motorisierung: Einige Laser sind als schlüsselfertige Lösungen für Produktionslinien erhältlich. Sie umfassen Funktionen wie automatische Türen, Drehtische und Roboterkompatibilität.

7. Gravurbereich: Die Größe des Gravurbereichs (sowie die Ausrichtung der zu gravierenden Oberfläche) kann bestimmen, welche Projekte möglich sind. Einige Laser können Lasergravuren innerhalb eines größeren Arbeitsbereichs durchführen, da sie auf einer CNC, einem Portalsystem oder an einem Roboterarm installiert sind.

8. Benutzeroberfläche: Es ist leicht, die Benutzeroberfläche beim Kauf eines Lasers zu vergessen, aber eine gut gestaltete und einfach zu bedienende Oberfläche kann den Unterschied zwischen einem Laser, den Sie mögen, und einem, den Sie hassen, ausmachen. Dies ist besonders wichtig für Heimwerker und Hobbyisten, die ihre eigenen Laserprozesse programmieren oder anpassen möchten, ohne Laser-Experten zu sein.

9. Kommunikation: Wenn Sie eine Produktionslinie betreiben, ist die einfache Integration des Lasers in Ihre Steuerungssysteme unerlässlich. Kommunikationsprotokolle müssen kompatibel sein, damit das Lasersystem die Markierungsinformationen von den Steuerungen der Produktionslinie empfangen kann. Die SPS der Produktionslinie muss auch den Markierungsstatus und die Bestätigung erhalten, dass der Markierungsprozess vom Lasersystem abgeschlossen wurde.

10. Robustheit: Industrietaugliche Komponenten sind unerlässlich, um Ausfallzeiten in schnelllebigen Produktionsumgebungen zu vermeiden, insbesondere in rauen Umgebungen wie Schmelz- und Gießereianlagen.

11. Qualitätskontrolle: Bildverarbeitungssysteme oder Barcode-Leser können überprüfen, ob die Markierung durchgeführt wurde und die Spezifikationsanforderungen erfüllt.