Laserbeschriftung VII
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BASIS F1 bis F12 100 Fragen und Antworten über LASERMARKIERSYSTEME BAND 1 BASIS F1 Was ist ein Laser? F2 Was ist der Unterschied zwischen einem YVO4-Laser und einem CO2-Laser? F3 Sind Lasermarkiersysteme gefährlich ? F4 Auf welchem Funktionsprinzip beruht ein Lasermarkiersystem? F5 Können Lasermarkiersysteme Farbkontraste auf markierten Teilen erzeugen? F6 Ist Laserlicht sichtbar? F7 Können Lasermarkierungen verschwinden? F8 Gibt es Objekte, die nicht für die Lasermarkierung geeignet sind? F9 Wie werden Farbkontraste mittels Lasermarkierung erzeugt? F10 Wie hoch sind die Betriebskosten? F11 Stimmt es, dass man nicht direkt in das Laserlicht blicken sollte? F12 Was bedeutet der Begriff “Markierungsraum”? 100 Fragen und Antworten 2 F1 Was ist ein Laser? Der Begriff “Laser” ist eine Abkürzung für den englischen Begriff “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”. Laser besitzen die folgenden Eigenschaften: (1) Herausragende Monochromatizität (Monochromatisches Licht oder Einfarbigkeit; d.h. der Lichtstrahl besteht nur aus Lichtwellen einer einzigen Wellenlänge), (2) Herausragende Richtungsbündelung (d.h. der Strahl besteht aus parallelen Lichtwellen, die nicht streuen, sich also nicht in unterschiedliche Richtungen verteilen), und (3) hohe Kohärenz (sämtliche Lichtwellen des Strahls sind phasengleich). Unterschiede zwischen normalen Lichtstrahlen und Laserstrahlen Laser senden extrem stark gerichtete Lichtstrahlen aus. Dies bedeutet, dass die Teillichtwellen in einer geraden Linie ausgestrahlt werden und kaum voneinander abweichen. Normale Lichtquellen senden hingegen Lichtwellen aus, die sich in alle Richtungen verteilen. Alle Lichtwellen in einem Laserstrahl besitzen dieselbe Wellenlänge/Farbe (diese Eigenschaft bezeichnet man auch als Monochromatizität). Gewöhnliches Licht (wie z.B. das Licht einer Leuchtröhre) besteht im Allgemeinen aus mehreren Farben, die in ihrer Kombination ein weißes Licht ergeben. Während sich die Lichtwellen eines Laserstrahls fortpflanzen, schwingen ihre Wellenspitzen und Wellentäler vollkommen synchron. Diese Eigenschaft bezeichnet man als Kohärenz. Werden zwei Laserstrahlen übereinander gelegt, so verstärken sich die Wellenspitzen und Wellentäler der Lichtwellen in den einzelnen Strahlen so perfekt, dass ein Interferenzmuster erzeugt wird. Richtungsbündelung Monochromatizität Gewöhnliches Licht (das Licht pflanzt sich in gerade Linie fort) Kohärenz Glühlampe Laserstrahl Viele unterschiedliche Wellenlängen Laser Nur eine einzige Wellenlänge F2 Wellenspitzen und Wellentäler verlaufen parallel zueinander Was ist der Unterschied zwischen einem YVO4-Laser und einem CO2-Laser? Die folgende Tabelle enthält eine kurze Beschreibung verschiedener Arten von Lasermarkiersystemen entsprechend ihrem typischen Anwendungsbereich. Gas ❙ CO2* Wird vor allem in der Fertigung (z.B. zur Metallbearbeitung) und zum Markieren eingesetzt. ❙ He-Ne (Helium-Neon) Wird vor allem für Messinstrumente eingesetzt (z. B. Profilmessung). ❙ Ar (Argon) Wird vor allem für physikalische und chemische Anwendungen eingesetzt (z. B. Biologie). Festkörper ❙ YAG* Flüssigkeit ❙ Farbstofflaser Wird vor allem für allgemeine Markieranwendungen eingesetzt. ❙ YVO4* Wird vor allem für feine Markieranwendungen eingesetzt. ❙ LD (Halbleiterlaser) Wird vor allem als Anregungsquelle und als sichtbarer Laser verwendet (z.B. In CD-/DVD-Player). *In Lasermarkiersystemen hauptsächlich verwendete Medien 3 Wird vor allem für physikalische und chemische Anwendungen eingesetzt. Unterschiede zwischen CO2, YVO4- und YAG-Lasermarkern CO2- und YVO4/YAG-Lasermarker erzeugen Laserlicht in unterschiedlichen Wellenlängen. Dies bedeutet, dass sie für verschiedene Materialarten unterschiedlich gut geeignet sind. Daher sollte man die Stärken und Schwächen der einzelnen Laserarten kennen, um das jeweils beste Modell für eine bestimmte Anwendung auswählen zu können. Einteilung der Lasermarker nach der Wellenlänge CO2 -Lasermarkiersysteme 10,6-µm Wellenlänge: Wird häufig zum Markieren von Papier, Plastik, Glas und Keramik verwendet. Da die Wellenlänge von 10,6-μm von transparenten Materialien absorbiert wird, eignet sie sich besondert gut für das Markieren von Folien, Glasoberflächen und durchscheinenden Materialien, wie Leiterplatten. Die Entwicklung stärkerer Modelle hat ihren Einsatz auch für andere Anwendungen geöffnet, wie z.B. für das Gitterschneiden bei Formteilen oder das Schneiden von PET-Folien. YVO4 -Lasermarkiersysteme 1,06-µm Wellenlänge: Wird häufig zum Markieren von Metall, Plastik und Keramik verwendet. Beide Lasermarkiersysteme eignen sich besonders gut für kontraststarke Markierungen auf nahezu jedem Material. Bis vor kurzem herrschte die Meinung vor, dass YAG-Lasermarkiersysteme für Anwendungen auszuwählen sind, die eine hohe Leistung erfordern, und YVO4-Lasermarkiersysteme für kleinflächige Markierungen mit geringen Leistungsanforderungen einzusetzen sind. Die Entwicklung leistungsstarker YVO4-Lasermarkiersysteme hat jedoch dazu geführt, dass diese Geräte nun auch dort eingesetzt werden, wo früher YAG-Laser ihre Überlegenheit ausspielten. YAG-Lasermarkiersysteme Unsichtbares Spektrum Ultraviolett (UV) Sichtbares Spektrum Unsichtbares Spektrum Infrarot (IR) YVO 4-Laser (1,064 µm) YAG-Laser (1,064 µm) F3 CO 2 -Laser (10,6 µm) Sind Lasermarkiersysteme gefährlich? Die folgende Tabelle enthält eine Liste der verschiedenen Lasertypen, die nach ihrer Klasse und den bei ihrem Einsatz erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen unterteilt sind. IEC-Standard Laserklasse Klassendefinition Klasse 1 Lasergeräte, die unter vernünftigerweise vorhersehbaren Betriebsbedingungen sicher sind, einschließlich des direkten Hineinblickens in den Strahl mit optischen Instrumenten. Klasse 1M Lasergeräte, die im Wellenlängenbereich von 302,5 nm bis 4.000 nm arbeiten und unter vernünftigerweise vorhersehbaren Betriebsbedingungen sicher sind, aber bei Verwendung von optischen Instrumenten innerhalb des Strahls gefährlich sein können. Klasse 2 Lasergeräte, die sichtbare Strahlung im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm aussenden, wobei das Auge normalerweise durch unbewusste Handlungen, wie zum Beispiel den Blinzelreflex, geschützt ist. Diese Reaktion bietet unter vernünftigerweise vorhersehbaren Betriebsbedingungen einen ausreichenden Schutz, einschließlich des direkten Hineinblickens in den Strahl mit optischen Instrumenten. Klasse 2M Lasergeräte, die sichtbare Strahlung im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm aussenden, wobei das Auge normalerweise durch unbewusste Handlungen, wie zum Beispiel den Blinzelreflex, geschützt ist. Das Betrachten des austretenden Strahls kann aber bei Verwendung von optischen Instrumenten innerhalb des Strahls gefährlich sein. Klasse 3R Lasergeräte, welche Strahlen im Wellenlängenbereich von 302,5 nm bis 106 nm aussenden, wobei ein direkter Blick in den Strahl potenziell gefährlich ist, das Risiko aber geringer ist als bei Lasergeräten der Klasse 3B, so dass geringere Herstellungsanforderungen und geringere Kontrollmaßnahmen für den Benutzer gelten als bei Lasern der Klasse 3B. Der Grenzwert der zugänglichen Strahlung (GZS; engl. Accessible Emission Limit, AEL) liegt innerhalb des Fünffachen des GZS von Klasse 2 im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm sowie innerhalb des Fünffachen des GZS von Klasse 1 für andere Wellenlängen. Klasse 3B Lasergeräte, die normalerweise gefährlich sind, wenn man direkt in den Strahl blickt, (d. h. unterhalb des Sicherheitsabstands NOHD (nominal ocular hazard distance)). Diffus reflektierte Laserstrahlen aus diesen Geräten sind normalerweise ungefährlich. Klasse 4 Lasergeräte, die auch in der Lage sind, gefährliche diffuse Reflektionen zu erzeugen. Diese können Augen- und Hautverletzungen verursachen und auch eine Brandgefahr darstellen. Der Umgang mit diesen Geräten erfordert eine extrem hohe Vorsicht. Die CO2-Lasermarkiersysteme (Modellreihe ML-G) und die YAG-Lasermarkiersysteme (Modellreihe MD-H) gehören zur Laserklasse 4. 4 F4 Auf welchem Funktionsprinzip beruht ein Lasermarkiersystem? Das Laserlicht, welches im Lasermedium durch eine Anregungsquelle erzeugt wird, wird durch ein Hin- und Herreflektieren zwischen den Reflexionsspiegeln in einem sogenannten Oszillator verstärkt. Das verstärkte Laserlicht tritt dann über den Auskoppelspiegel (teildurchlässiger Spiegel) aus und wird durch die fθ-Linse auf die Zielfläche fokussiert. Das Lasermarkiersystem verschiebt dabei den Brennpunkt auf der X-, Y- und Z-Achse mit individuellen Scannern (Achsensteuerungen). X-Achsen-Scanner 3) Messverstärker Z-Achsen-Scanner Laserstrahl 1) Lasermedium Y-Achsen-Scanner Teildurchlässiger Totalreflexionsspiegel Spiegel 2) Anregungsquelle F5 Können Lasermarkiersysteme Farbkontraste auf markierten Teilen erzeugen? Abhängig vom jeweiligen Material kann auch ein Farbkontrast erzielt werden. YAG/YVO4-Laser sind bei der Farbentwicklung gegenüber dem CO2-Laser im Vorteil, wenngleich diese auch von der Verträglichkeit mit dem Plastikmaterial abhängt. Klassifizierung der Lasermarkierung Eiskremkarton Videoband Laserstrahl Basismaterial Ablösen bedruckter Fläche Das Ablösen eines Teils einer bedruckten oder beschichteten Fläche am Markierungsgegenstand lässt einen Kontrast zwischen dem Basismaterial und der bedruckten oder beschichteten Oberfläche entstehen. Verkabelungsvorrichtung Laserstrahl Laserstrahl Basismaterial Basismaterial Ablösen der Oberflächenschicht Farbentwicklung Eingravieren der Oberflächenschicht eines markierten Teils. Computermaus 5 Das Markierungsobjekt entwickelt selbst einen Farbkontrast. IC-Bauteilgurt F6 Ist Laserlicht sichtbar? Das hängt zum einen von der Wellenlänge ab und zum anderen davon, ob es reflektiert oder gestreut wird. Da sich das Laserlicht durch eine sehr starke Richtungsbündelung auszeichnet, ist der Strahlenpfad selbst unsichtbar. Normalerweise können wir Laserlicht in dem vom Menschen sichtbaren Lichtbereich nur dann sehen, wenn es von einem Gegenstand gestreut und reflektiert wird. Ebenfalls sichtbar ist das Laserlicht dann, wenn sich Nebel (z.B. Zigarettenrauch) oder kleine Schwebeteilchen in der Luft befinden, da das Licht von diesen Teilchen gestreut und reflektiert wird. Gegenstand Laser trifft nicht auf das Auge auf = unsichtbar F7 Das vom Gegenstand reflektierte Licht ist sichtbar. Können Lasermarkierungen verschwinden? Da Laser einen Gegenstand durch Gravieren oder Farbumwandlung bearbeiten, ist die Lasermarkierung semipermanent, d.h., unter bestimmten Umständen (z.B. großer Abrieb) kann die Markierung verschwinden. Beispiele für die physikalische Bearbeitung mit einem Lasermarker Bearbeitungsarten Typische Bearbeitungsmaterialien Schmelzen der Oberfläche Plastik Verbrennen Papier, Plastik Ablösen der Oberfläche Galvanisiertes Metall, bedrucktes Papier Oxidieren der Oberfläche Metall Gravieren Glas, Metall Verfärben Plastik Die Reaktion hängt von der Art des Plastiks ab. Lasertyp (CO2 oder YAG) nicht definiert. Die Markierung kann semipermanent sein Kabelbaum Wälzlager Leiterplatte 6 F8 Gibt es Objekte, die nicht für die Lasermarkierung geeignet sind? Im Prinzip kann jedes beliebige Material markiert werden. Einige Materialien können jedoch mit bestimmten Arten von Lasermarkiersystemen nicht markiert werden. Daher muss die Art des Lasermarkers entsprechend dem Material des Markierungsgegenstandes und dem Verwendungszweck ausgewählt werden. Im Folgenden sind einige typische Materialien angeführt, die mit bestimmten Lasermarkiersystemen nicht markiert werden können. Materialien, bei denen eine Markierung mit CO2-Lasermarkiersystemen (Klasse 30 W) schwierig ist. Allgemeine Metalle, Zirkonium-Keramik Diese Materialien absorbieren nahezu nichts von der Wellenlänge des CO2 -Lasers und ermöglichen daher keine gute Markierung. YVO4- oder YAG-Lasermarkierer sind hingegen zum Markieren dieser Materialien geeignet. *CO2-Lasergeräte (z.B. 100 W oder stärker) ermöglichen Laserbearbeitungen, wie zum Beispiel das Schneiden von Metall. YVO4 YAG CO2 NEU 3-Achsen-CO2-Lasermarkiersystem ML-Z9500 NEU 3-Achsen-YVO4-Lasermarkiersystem MD-V9900 Materialien, die mit YVO4- bzw. YAG-Lasermarkiersystemen schwer zu markieren sind. Transparentes Objekt Die Wellenlänge der YVO4- bzw. YAG-Lasermarkiersysteme tritt durch einen transparenten Gegenstand hindurch, weshalb dieser nur schwer zu markieren ist. Für die Markierung einer transparenten Oberfläche ist daher ein CO2-Lasermarkiersystem zu verwenden. YVO4 YAG CO2 NEU 3-Achsen-CO2-Lasermarkiersystem ML-Z9500 NEU 3-Achsen-YVO4-Lasermarkiersystem MD-V9900 Beispiel für das Markieren eines transparenten Gegenstandes (Anwendung für CO2-Lasermarkiersystem) Glasflasche PET-Flasche Die obige Markierungsanwendung (Entscheidungsprozess ja/nein) ist ein typisches Beispiel. Je nach verwendetem Material kann es allerdings zu Abweichungen kommen. Nähere Informationen erhalten Sie gerne von KEYENCE. 7 F9 Wie werden Farbkontraste mittels Lasermarkierung erzeugt? Es gibt vier grundlegende Funktionsprinzipien der Farbmarkierung: 1. Markierung durch Schaumbildung 2. Markierung durch Kondensation (mit Additiven) 3. Markierung durch Kohlenstoffanreicherung (mit Additiven) 4. Markierung durch chemische Reaktion Computermaus 1. Schaumbildung 2. Kondensation Luftblase Luftblase Basismaterial Emittiertes Laserlicht erzeugt Luftblasen im Basismaterial durch Erwärmung. Die Luftblasen verdampfen, und das unter der Oberflächenschicht des Basismaterials eingeschlossene Gas schwillt an und wird durch seine weiße Farbe erkennbar. Besonders gut ist dieser Vorgang, wenn sich eine dunkle Basisfarbe zu einer hellen Basisfarbe verändert, was zu einer hervorragenden Erkennbarkeit führt. Wenn die im Basismaterial vorhandenen Farbstoffe Laserenergie absorbieren, erhöht sich die Molekulardichte der Farbstoffe durch die Erwärmung. Die Farbe kondensiert und wird dadurch dunkler. Beispiel: Rot wird zu rosa. 3. Kohlenstoffanreicherung 4. Chemische Reaktion Kohlenstoffanreicherung Durch fortlaufende Zufuhr hoher Energie carbonisiert das Polymermaterial rund um die Farbe und wird schwarz. Metallionen sind in der Farbe eines Basismaterials immer enthalten. Da die Kristallstruktur der Metallionen und der Wasseranteil im Kristall durch den Laserstrahl verändert werden, kommt es auch zu einer chemischen Veränderung der Zusammensetzung in den Inhaltsstoffen, wodurch die Farbkonzentration zunimmt und es zu einer Farbbildung kommt. 8 F10 Wie hoch sind die Betriebskosten? Nahezu keine Kosten! Im Prinzip sind außer den täglich anfallenden Stromkosten keine weiteren Betriebskosten erforderlich. Wichtige Merkmale bei der Verwendung von Lasermarkiersystemen sind daher: “keine Betriebsstoffe”, und “lange Haltbarkeit”. Ein Lasermarkiersystem verringert nicht nur die Anzahl der Schritte bei der Materialverarbeitung, sondern zeichnet sich auch durch sein extrem tiefes Kostenniveau aus, da weder Tinte noch Etiketten für die Markierung erforderlich sind. Vergleich der Betriebskosten ❙ Verwendung von Tinte und Etiketten ❙ Lasermarker Kosten Kosten 0€ Betriebszeit F11 Betriebszeit Stimmt es, dass man nicht direkt in das Laserlicht blicken sollte? Ja, unbedingt! Achten Sie immer darauf, dass weder der direkte Laserstrahl noch spiegelreflektiertes oder diffus reflektiertes Laserlicht eines Lasermarkiersystems in Ihre Augen gelangt. Wenn Laserlicht direkt auf die Augen auftrifft, kann dies zum Verlust der Sehkraft führen. Bei der Arbeit mit Lasergeräten müssen die Bediener spezielle Schutzbrillen zum Schutz ihrer Augen tragen. 9 F12 Was bedeutet der Begriff “Markierungsraum”? Der Begriff “Markierungsraum” für 3-Achsen-Lasermarkiersysteme entspricht dem Begriff “Markierungsfläche” für herkömmliche Lasermarkiersysteme. Herkömmliche Lasermarker ermöglichen nur eine zweidimensionale, das heißt flächige Markierung. 3-Achsen-Lasermarker ermöglichen hingegen eine “räumliche” Markierung, da der Brennpunkt variabel ist. Daher wird im Zusammenhang mit 3-Achsen-Lasermarkern der Begriff “Raum” anstelle von “Fläche” gebraucht. Herkömmliche (zweidimensionale) Lasermarkiersysteme Markierungsfläche: 120 x 120 mm (zum Beispiel) Die Brennpunktverstellung ist nur innerhalb einer Fläche (zweidimensional) möglich. 3-Achsen-Lasermarker Markierungsraum: 120 x 120 x 42 mm (zum Beispiel) Der Brennpunkt kann im dreidimensionalen Raum frei verstellt werden. 3D-Bearbeitungswerkzeug (MB-H3D) 10 Nähere Informationen über die neuen Lasermarkiersysteme erhalten Sie von KEYENCE. 3D-YVO4-Lasermarkiersysteme Wälzlager 3D-CO2-Lasermarkiersysteme Armaturenschalter Leiterplatte Filter Weitere Informationen erhalten Sie auf unserer Laser-Marker Webseite http://www.laser-kennzeichnung.com www.keyence.de E-mail : in fo@ keyen ce.de KEYENCE Deutschland GmbH Siemensstraße 1 63263 Neu-Isenburg Germany Essen Tel: +49 (0) 20 12 46 53-0 Fax: +49 (0) 20 12 46 53-100 Hannover Tel: +49 (0) 51 13 74 44 8-30 Fax: +49 (0) 51 13 74 44 8-48 Belgien/Luxemburg Tel: +32 (0) 27 16 40 63 Fax: +32 (0) 27 16 47 27 KEYENCE AG - Schweiz Tel: +41 (0) 43-45577 30 Fax: +41 (0) 43-45577 40 Heidelberg Tel: +49 (0) 62 21 43 38-0 Fax: +49 (0) 62 21 43 38-100 Niederlande Tel: +31 (0) 40 20 66 100 Fax: +31 (0) 40 20 66 112 Tel: +49 (0) 61 02 36 89-0 Fax: +49 (0) 61 02 36 89-100 Leipzig Tel: +49 (0) 34 12 41 78-0 Fax: +49 (0) 34 12 41 78-100 Montabaur Tel: +49 (0) 26 02 99 91-0 Fax: +49 (0) 26 02 99 91-100 Österreich Tel: +43 (0) 22 36-3782 66 0 Fax: +43 (0) 22 36-3782 66 30 München Tel: +49 (0) 81 19 98 64-0 Fax: +49 (0) 81 19 98 64-100 Polen Tel: +48 (0) 71 36861 60 Fax: +48 (0) 71 36861 62 Nürnberg Tel: +49 (0) 91 12 55 23-0 Fax: +49 (0) 91 12 55 23-100 Slowakei Tel: +421 (0) 2 5939 6461 Fax: +421 (0) 2 5939 6200 Stuttgart Tel: +49 (0) 71 13 41 80 9-0 Fax: +49 (0) 71 13 41 80 9-55 Tschechien Tel: +420 222 191 483 Fax: +420 222 191 505 Ungarn Tel: +36 1 802 73 60 Fax: +36 1 802 73 61 KD1-0019 Copyright (c) 2009 KEYENCE CORPORATION. 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