Lasergravur und beschriftung auf Kunststoff: Funktionsweise, Vorteile und Anwendungen

Laserbeschriftung auf Kunststoff oder Lasergravur auf Kunststoff ist ein Verfahren, bei dem Bauteile mit Hilfe eines Lasers beschriftet oder beschriftet werden.

Das Polymer, aus dem die Kunststoffteile bestehen, bestimmt das verwendete Verfahren und auch den Energieaufwand für die Lasergravur des Kunststoffs. Das Ergebnis der Laserbeschriftung hängt sowohl von der Art des Kunststoffs als auch von den verwendeten Zusatzstoffen wie Farbstoffen und dem verwendeten Lasertyp ab.

Wie funktioniert die Laserbeschriftung auf Kunststoff?

Die Laserbeschriftung ist ein optisches Verfahren, bei dem Kunststoff den Laserstrahl absorbiert, ohne ihn zu berühren. Dieses typische Verhalten wird auch beim Laserschweißen von Kunststoffen ausgenutzt, bei dem eine Schweißnaht den Strahl absorbiert, während die andere Schweißnaht für den Laser transparent ist.

Viele verschiedene Arten von Kunststoffen und Thermoplasten können laserbeschriftet werden. Wenn ein Kunststoff nicht laserbeschriftbar ist, kann er in der Regel mit einem für die Laserbeschriftung von Kunststoff geeigneten Additiv oder Masterbatch verarbeitet werden.

Unter Masterbatch verstehen wir eine konzentrierte Mischung von Pigmenten und/oder Additiven, die während eines thermischen Prozesses in ein Trägerharz eingekapselt wird, das dann abgekühlt und in eine körnige Form geschnitten wird. Zusätze wie Farbpigmente können ebenfalls die Fähigkeit zur Laserbeschriftung beeinträchtigen.

Der Schlüssel bei der Kunststoff-Lasergravur besteht darin, eine ausreichende Absorption des Laserstrahls in das Material zu erreichen. Metalle neigen dazu, den größten Teil der Strahlung zu reflektieren, während bei Kunststoff die Reflexion weit verbreitet und die Absorption sehr hoch ist.

Durch die geringe Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffs ist der Energieverlust bei der Laserbeschriftung gering, so dass die Verarbeitung sehr schnell ist. Die Absorption durch die makromolekulare Struktur des Kunststoffs liegt üblicherweise im ultravioletten und infraroten Bereich.

Für weitere Informationen lesen Sie -> Warum UV-Laser verwendet werden: Anwendungen, Eigenschaften und Typen

Die Vorteile der Laserbeschriftung auf Kunststoff

Verfahren wie Laserbeschriftung und Gravur werden im industriellen Bereich immer häufiger eingesetzt, da sie als besonders zuverlässig gelten und zudem zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen Markierungstechnologien bieten:

• Die Markierung ist dauerhaft, da sie wasser-, verschleiß-, hitze-, licht- und chemikalienbeständig ist;
• Laserbeschriftung ist ein äußerst effektives, qualitativ hochwertiges und fälschungssicheres Verfahren;
• Höchste Flexibilität in der Gestaltung der Markierung, dadurch auch für schwer zugängliche Bereiche geeignet;
• Der gesamte Prozess findet ohne jeglichen Kontakt mit dem Material statt;
• Es gibt keinen Werkzeugverschleiß und keine zusätzlichen Kosten für zusätzliche Materialien wie Chemikalien, Tinten usw.;
• Der verarbeitete Kunststoff ist immer frei von Drücken, Spannungen und Fixierungen, um gleichbleibend gleichmäßige Ergebnisse zu gewährleisten;
• Die Verarbeitung ist einfach und es ist keine Vor- oder Nachbearbeitung erforderlich;
• Dank der kurzen Rüstzeiten der Lasermaschine und der gebotenen Flexibilität lassen sich auch Kleinserien wirtschaftlich beschriften.

Verwendete Lasertypen

Bei der Laserbeschriftung erfahren Kunststoffe optische Oberflächenveränderungen durch Bestrahlung mit dem erwähnten Strahl. Dazu werden verschiedene Laserträger verwendet, die sich in der Strahlerzeugung unterscheiden. Bei der Kunststoffbearbeitung wird das Ergebnis nicht nur vom Lasertyp, sondern auch von der verwendeten Wellenlänge beeinflusst.

Bei der Beschriftung von Kunststoff spielt die Wellenlänge des Lasers eine wichtige Rolle. Bei Verwendung von Festkörperlasern mit verdoppelter (532 nm) oder verdreifachter (355 nm) Frequenz wird die Palette der Kunststoffmaterialien, auf denen ein gutes Laserbeschriftungsergebnis erzielt werden kann, sehr groß.

Auch unter Berücksichtigung des wirtschaftlichen Faktors werden die meisten Laserbeschriftungsanwendungen mit Infrarotquellen (Faser, Nd: YAG) durchgeführt.

Für weitere Informationen lesen Sie -> Vom C02-Laser bis zum Faserlaser entdecken wir die beliebtesten Lasertypen

Methoden der Laserbeschriftung auf Kunststoff

• Das Aufschäumen hinterlässt auf der Oberfläche aller Polymere, aber auch auf einigen Metallen, spürbare Spuren. Die vom Laser induzierte Wärme schmilzt die Oberfläche auf und später bleiben die Blasen durch die schnelle Abkühlung im Material gekapselt und bilden so ein positives Zeichen, das mit der Hand berührt werden kann. Je nach Material ist dieses Schild hell oder dunkel gefärbt. In diesem Fall arbeitet der Laser mit niedriger Leistung und mit längeren Pulsen.
• Karbonisierung von Kunststoff. Diese Technik ermöglicht starke Farbkontraste auf hellen Oberflächen und kann sowohl für Polymere als auch für Biopolymere verwendet werden. Während des Karbonisierungsprozesses erhitzt der Laser die Oberfläche des Materials, wodurch Sauerstoff und Wasserstoff freigesetzt werden. Die Oberfläche des Kunststoffs wird somit aufgrund der Kohlenstoffkonzentration karbonisiert. Diese Technik hat etwas längere Markierungszeiten als andere Verfahren.
• Farbwechsel. Die Farbwechsel-Lasermarkierung ist ein elektrisches Verfahren, das pigmentierte Makromoleküle neu anordnet oder zerstört und eine maximale Lesbarkeit gewährleistet. Es wird kein Material abgetragen, die Oberfläche ist glatt und unverändert, ein leichtes Aufschäumen ist jedoch möglich. Die Farbvariation kann sowohl hell als auch dunkel sein, obwohl es sich größtenteils um eine dunkle Tönung handelt.
• Laserentfernung oder Ablation. Die Laserentfernung wird bei mehrschichtigen Kunststoffen (Laminaten) verwendet. Beim Abtragen entfernt der Laserstrahl die dünnen Deckschichten, die auf das Grundmaterial aufgebracht werden, wie zum Beispiel Lacke. Dadurch entsteht ein Effekt von Farbkontrasten aufgrund der Unterschiede zwischen den verschiedenen Schichten.

Anwendungsgebiete

Die Laserbeschriftung löst zunehmend konventionelle Druckverfahren ab, insbesondere bei der Beschriftung von Kunststoffen, wo sie mittlerweile zum bevorzugten Verfahren geworden ist.

Vor allem im Rahmen der Rückverfolgbarkeit ist der Laser privilegiert. Kunststoffen werden oft Strichcodes oder Chargennummern zugewiesen, um ihre Herkunft zu identifizieren. Unzählige Anwendungen in allen Industriebereichen profitieren vom Einsatz von Lasern, wie zum Beispiel:

• Kunststoffgehäuse
• Kunststoffgehäuse
• Steckdosen
• Tastaturen
• Tasten und Schalter
• Kennzeichnungsetiketten für Tiere
• Filme
• Sensoren
• Elektronische Bauteile
• Leiterplatte
• Werkzeuge

Kunststoff geeignet für Laserbeschriftung

Nicht alle Hochleistungskunststoffe sind von Natur aus laserbeschriftbar. Beispielsweise zeigen Polyoxymethylenacetalharz POM und thermoplastisches Polyamid PA, wenn nicht mit Additiven modifiziert, bei der Markierung mit einem Infrarotlaser (Faser, Nd: YAG) in der Regel keine Farbänderung.

In diesem Fall wird daher die Verwendung bestimmter Zusatzstoffe vorgeschlagen. Mit einem Faserlaser ist es möglich, viele handelsübliche Kunststoffe wie Polycarbonat, ABS und viele andere dauerhaft, schnell und hochwertig zu beschriften.

Einige für die Laserbeschriftung geeignete Kunststoffe sind:

• PEEK - natürliches TECAPEEK
• Medizinischer PEEK
• PEEK 30 gefüllt mit Glasfasern
• PBTP
• Medizinische PPSU
• ABS
• PETP
• TECAFORM AH LMTECASON P MT