In der industriellen Kennzeichnung ist die Lasermarkierungsmaschine heute ein wichtiges Werkzeug für die Metallbearbeitung. Sie wird häufig zur Teilekennzeichnung, Produktidentifizierung, Seriennummerierung und zum Aufbringen von QR-Codes auf Metallprodukte verwendet.
Viele Kunden stellen sich bei der Auswahl einer Maschine dieselbe Frage:
Wenn das Material Metall ist, welche Lasermarkierungsmaschine ist dann die beste Wahl?
Um die richtige Lasermarkierungsmaschine für Metall auszuwählen, ist es wichtig zu verstehen, wie Lasermarkierungsmaschinen klassifiziert werden und wie unterschiedliche Laserwellenlängen mit metallischen Werkstoffen interagieren.
Der folgende Inhalt basiert auf den praktischen Erfahrungen von Hantencnc im Bereich der Metalllasermarkierung.
1. Gängige Laserwellenlängen und Arten von Lasermarkierungsmaschinen
Je nach Laserwellenlänge lassen sich Lasermarkierungsmaschinen in folgende Typen unterteilen:
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Faserlaser-Markiermaschine (1064 nm)
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CO₂-Lasermarkierungsmaschine (10640 nm)
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Grüne Lasermarkierungsmaschine (532 nm)
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Blaue Lasermarkierungsmaschine (450 nm)
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UV-Lasermarkierungsmaschine (355 nm)
Für verschiedene Materialien werden unterschiedliche Wellenlängen verwendet. Bei der Metallmarkierung ist die Wahl der richtigen Wellenlänge für stabile und klare Markierungsergebnisse von großer Bedeutung.
2. Warum gibt es so viele Laserwellenlängen?
Lasermarkierungsmaschinen werden für eine Vielzahl von Materialien eingesetzt. Dazu gehören Metalle wie Gold, Silber, Kupfer, Eisen, Aluminium und Edelstahl. Sie werden aber auch für nichtmetallische Materialien wie Kunststoff, Glas, Keramik, Gummi und Holz verwendet.
Unterschiedliche Materialien absorbieren Laserlicht unterschiedlich. Um präzise und stabile Markierungsergebnisse zu erzielen, sind daher unterschiedliche Laserwellenlängen erforderlich, die auf die verschiedenen Materialien abgestimmt sind.
Hier ein typisches Beispiel für die Lasermarkierung von Metall:
Edelstahl kann etwa 30–45 % der Energie eines 1064-nm-Faserlasers absorbieren.
Es absorbiert jedoch nur etwa 5–10 % der CO₂-Laserenergie bei einer Wellenlänge von 10640 nm.
Je mehr Laserenergie ein Material absorbiert, desto klarer und stabiler ist das Markierungsergebnis. Daher eignet sich eine Lasermarkierungsmaschine nicht für alle Materialien, insbesondere nicht für die Metallmarkierung.
3. Lasertypen für die Metallmarkierung
Bei Anwendungen zur Lasermarkierung von Metallen werden am häufigsten Faserlaser und UV-Laser als Laserquellen eingesetzt.
Sowohl Faserlaser als auch UV-Laser können zur Metallmarkierung eingesetzt werden, ihre Funktionsprinzipien sind jedoch sehr unterschiedlich.
Faserlaser besitzen eine geringe Photonenenergie. Sie können Metallatome oder -moleküle nicht direkt abtragen. Stattdessen bündeln sie hohe Energie auf die Metalloberfläche, erhitzen diese sehr schnell, schmelzen und verdampfen sie und erzeugen durch Wärmediffusion Markierungslinien. Dieser Prozess läuft in kürzester Zeit ab, üblicherweise nur wenige Millisekunden. Dieses Verfahren wird häufig als „thermische Bearbeitung“ bezeichnet.
UV-Laser besitzen eine Wellenlänge von 355 nm und eine sehr hohe Photonenenergie. Sie können chemische Bindungen auf der Metalloberfläche direkt aufbrechen. Dabei ist die Hochtemperaturverdampfung weitgehend unerheblich. Nach der Markierung ist die Materialoberfläche kaum erwärmt. Daher werden UV-Laser oft auch als „kalte Lichtquellen“ bezeichnet.
Die Begriffe „heiß“ und „kalt“ sind gebräuchliche Bezeichnungen in der Industrie und keine strengen wissenschaftlichen Definitionen.
4. Unterschied zwischen Faserlaser und UV-Laser für die Metallmarkierung
Beim Markieren dünner Metallbleche bedeutet höhere Hitze ein höheres Risiko der Materialverformung nach dem Markieren.
Theoretisch betrachtet weist der UV-Laser eine höhere Absorption und eine kleinere Wärmeeinflusszone auf Metall auf. Daher gehen viele davon aus, dass der UV-Laser besser für die Metallmarkierung geeignet ist.
Aber trifft das in realen Anwendungen immer zu?
Bei der Auswahl einer Lasermarkiermaschine müssen neben der Theorie auch Preis, Leistung, Lebensdauer, Markiergeschwindigkeit und Wartungskosten berücksichtigt werden. Im Folgenden finden Sie einen Vergleich von Faserlasern und UV-Lasern für die Metallmarkierung.
1. Faserlaser: Typische thermische Verarbeitung
Der Faserlaser besitzt eine geringere Photonenenergie und kann chemische Bindungen auf der Metalloberfläche nicht direkt aufbrechen. Er funktioniert, indem er hohe Energie in kurzer Zeit fokussiert, um die Metalloberfläche zu erhitzen, zu schmelzen und zu verdampfen. Das Markierungsmuster entsteht durch Wärmediffusion.
Dieses Verfahren ist sehr stabil für gängige Industriemetalle wie Edelstahl, Kohlenstoffstahl und Aluminiumlegierungen.
2. UV-Laser: Nahezu kaltes Verfahren
UV-Laser besitzen eine sehr hohe Photonenenergie und können die Materialstruktur direkt schädigen. Beim UV-Lasermarkieren ist der Prozess jedoch weitgehend temperaturunabhängig. Der Wärmeeinfluss auf die Materialoberfläche ist sehr gering.
Dadurch eignet sich der UV-Laser für Anwendungen, die hitzeempfindlich sind.
5. Wesentliche Unterschiede zwischen Faserlaser und UV-Laser
1. Leistungsvergleich
UV-Lasermarkierungsmaschinen haben üblicherweise einen Leistungsbereich von 3–20 W.
Faserlaser-Markiermaschinen haben üblicherweise einen Leistungsbereich von 20–300 W.
Bei der Metallmarkierung beeinflusst die Laserleistung direkt die Markierungsgeschwindigkeit und die Gravurtiefe. Im gleichen Zeitrahmen kann ein Faserlaser Metall schneller und tiefer markieren als ein UV-Laser.
2. Preisfaktor
Eine 3-Watt-UV-Lasermarkierungsmaschine kostet üblicherweise etwa 5.000 bis 7.000 US-Dollar.
Mit dem gleichen Budget ist es möglich, eine Faserlaser-Markiermaschine mit 50 W oder mehr Leistung zu erwerben.
Aus Kostensicht ist der Faserlaser für die Metallmarkierung wirtschaftlicher.
3. Nutzungsdauer und Wartung
Die Lebensdauer einer UV-Laserquelle beträgt üblicherweise 8.000–10.000 Stunden. Sie benötigt eine saubere Arbeitsumgebung. Staub auf den optischen Bauteilen kann die Leistung verringern oder den Laser beschädigen.
Faserlaserquellen haben üblicherweise eine Lebensdauer von 80.000 bis 100.000 Stunden. Sie sind gekapselt und arbeiten stabil in normalen Industrieumgebungen.
4. Bewertungseffizienz und Ergebnisse
Obwohl UV-Laser auf Metalloberflächen eine höhere Absorption aufweisen, ist ihre Leistung begrenzt. Für Tiefengravuren, Hochgeschwindigkeitsmarkierungen und die Massenproduktion bieten Faserlaser deutliche Vorteile hinsichtlich Effizienz und Stabilität.
6. Faserlaser ist nach wie vor die erste Wahl für die Metallmarkierung.
Anhand von Absorption, Leistung, Lebensdauer, Preis und Wartungskosten lässt sich eine klare Schlussfolgerung ziehen:
Für Anwendungen im Bereich der Metallmarkierung sind Faserlaser-Markiermaschinen nach wie vor die ausgereifteste, stabilste und kostengünstigste Lösung.
Obwohl Metalle UV-Laserlicht besser absorbieren, ist dessen Leistung und Lebensdauer begrenzt. Es eignet sich nicht für tiefe Metallgravuren oder die industrielle Großserienfertigung.
7. Anwendungsbereiche, in denen die UV-Lasermarkierung besser geeignet ist
UV-Lasermarkierungsmaschinen sind nicht „schwach“. Sie sind einfach nicht primär für die Tiefenmarkierung von Metall ausgelegt.
UV-Laser eignen sich hervorragend für Materialien wie Glas, Kristall, Keramik, Kunststoff und Dünnschichten. Sie ermöglichen hohe Präzision bei sehr geringer Wärmebelastung. Für diese Anwendungen sind Faserlaser oft ungeeignet.
Für die Kennzeichnung verschiedener Materialien und für hochpräzise Anwendungen mit strenger Wärmeregelung sind UV-Lasermarkierungsmaschinen nach wie vor unersetzlich.
