Industrieller Lasergravierer: 7 Faktoren, die Sie vor der Auswahl beachten sollten

Lasergravieren bezeichnet das subtraktive Fertigungsverfahren, bei dem ein Laserstrahl zur Gravur von Materialoberflächen verwendet wird. Der Kauf einer Lasergravurmaschine ist für viele Unternehmen eine entscheidende Investition, da sie verwendet wird, um das Firmenlogo oder Kennzeichen auf Produkten anzubringen. Es handelt sich hierbei um eine hochmoderne Technologie, die leistungsstarke Laser nutzt, um Designs auf verschiedene Oberflächen zu gravieren.

Eine Lasergravurmaschine ist computergesteuert und führt die zugewiesene Aufgabe effizient aus, nachdem das CAD-Design, ein Postprozessor und geeignete Software bereitgestellt wurden. Dennoch empfiehlt es sich, verschiedene Faktoren zu berücksichtigen, bevor Sie sich für eine bestimmte Lasergravurmaschine entscheiden.

Faktoren, die vor dem Kauf eines industriellen Lasergravierers zu berücksichtigen sind

Obwohl es auf dem Markt verschiedene Optionen mit individuellen Eigenschaften gibt, sollten Sie sich für einen industriellen Lasergravierer entscheiden, der die gewünschte Aufgabe zuverlässig erfüllt, das gewünschte Ergebnis liefert, ins Budget passt und keine ständigen Wartungsarbeiten erfordert, um Ausfallzeiten zu vermeiden.

Beachten Sie diese sieben Faktoren, die Sie vor der endgültigen Auswahl einer Lasergravurmaschine berücksichtigen sollten:

1. Zu verwendende Materialien für die industrielle Lasergravur

Die zu gravierenden Materialien bestimmen die Art des industriellen Lasergravierers, den Sie anschaffen sollten. Um einen bestimmten Gravureffekt mit einem industriellen Lasergravierer zu erzielen, ist für das jeweilige Material eine spezifische aufgenommene optische Leistungsdichte erforderlich. Verschiedene Materialien lassen sich in mehrere Klassen unterteilen, beispielsweise Metalle, holzbasierte Werkstoffe, Leder, Gewebe und Kunststoffe, wobei jede dieser Klassen bestimmte Gemeinsamkeiten hinsichtlich der Effizienz der Lasergravur aufweist.

Die untenstehende Grafik zeigt die Reflektivität verschiedener Klassen tierischer und synthetischer Fasern und veranschaulicht die Reflektivitätswerte von Materialien wie Baumwolle, Leder, Polyester, Acrylfasern (Polyacrylnitril), Viskose und Nylon. Geringere Reflektivitätswerte bei bestimmten industriellen Laserwellenlängen bedeuten eine höhere Laserabsorption. Somit kann ein spezieller Materialtyp am effizientesten mit der industriellen Laserwellenlänge graviert werden, bei der die geringste Reflektivität besteht.

Der blaue 450 nm (0,45 µm) Industrielaser ist eine hervorragende Lösung zum Lasergravieren von Leder, da Leder ein Absorptionsmaximum (geringste Reflektivität) im Wellenlängenbereich von 425 nm bis 455 nm aufweist. Blaue Industrielaser sind ebenfalls eine ideale Wahl für die industrielle Lasergravur verschiedenster tierischer Faserstoffe wie Baumwolle und Wolle/Kaschmir oder synthetischer Faserstoffe wie Polyester und Nylon. Die nachfolgende Grafik zeigt die Reflektivitätswerte für verschiedene Proben von Wolle/Kaschmir.

Bei Metallen spielt die Wärmeleitfähigkeit eine entscheidende Rolle. Die Lasergravur von Metallen liefert unterschiedliche Ergebnisse, abhängig von der Wärmeleitfähigkeit, der Materialreflektivität und der Legierungszusammensetzung (sofern es sich um eine Legierung handelt). Die folgende Grafik zeigt die Absorptionscharakteristik verschiedener Metalle. Ein höherer Absorptionswert eines Metalls bei einer bestimmten industriellen Laserwellenlänge bedeutet, dass dieses Metall bei dieser Wellenlänge effizienter graviert werden kann. Insgesamt zeigen, wie in der Grafik zu sehen, blaue 0,45-µm-Laser für viele Metalle eine bessere Performance als andere Lasertypen. Beachten Sie jedoch, dass für die industrielle Lasergravur bestimmter Metalle ein industrieller Lasergravierer mit der geeigneten optischen Leistungsdichte und/oder optischer Leistung erforderlich ist.

Für holzbasierte Materialien empfiehlt sich eine niedrigere industrielle Laserwellenlänge (ca. 450 nm). Dieses Vorgehen ist notwendig, da beispielsweise ein IR-Laser beim Gravieren von Holz dem Anzünden eines Feuers gleichkommt.

Auch die zu gravierende Fläche ist ein entscheidender Aspekt. Einige CNC-Maschinen sind für große Arbeitsbereiche ausgelegt, während andere für kleinere Flächen konzipiert sind. Ebenso sollten Sie überlegen, ob Ihr industrieller Lasergravierer für Anwendungen mit geringem oder hohem Durchsatz gedacht ist. PLH3D-Serien-Lasergravurköpfe lassen sich nahezu auf jeder industriellen CNC-Maschine integrieren, da der Laser nur ein digitales Ein-/Ausschaltsignal benötigt. Dies kann z. B. ein Analogsignal (0–5 V oder 0–10 V mithilfe des Adapters, das jeweils einem Laserleistungsbereich von 0–100 % entspricht) sein. Außerdem lässt sich der Laserkopf mittels PWM-Signals steuern (Spannungssignal zwischen 2,5 V und 24 V entspricht dem Ein-Zustand, während 0 V dem Aus-Zustand entspricht).

Metall, Leder, Baumwolle, Acryle (insbesondere Plexiglas), Kunststoffe, Papier und Holz sind einige der am häufigsten verwendeten Materialien. Unterschiedliche Materialien erfordern mitunter verschiedene Wellenlängen, optische Leistungen oder optische Leistungsdichten. Blaue 450-nm-Laser sind dabei am universellsten einsetzbar, da viele Materialien blaue Laserstrahlen effizienter absorbieren als andere Wellenlängen. Falls Materialien, die Sie gravieren möchten, von einer anderen Wellenlänge oder Laserleistung profitieren würden, kann Opt Lasers Grav einen kundenspezifischen Laserkopf für Ihre industrielle Anwendung entwickeln. Kontaktieren Sie uns dazu bitte über unser Kontaktformular. Sie können auch unseren kostenlosen Materialtestservice nutzen, um die Eignung unserer industriellen Lasergravierer für Ihre Anwendung zu prüfen.

Farbe, Wellenlängenabsorptionsvermögen, Farbton und Schattierung eines bestimmten Materials sind ebenfalls zu beachten. Zusätzlich ist entscheidend, ob ein Material als transparent oder transluzent klassifiziert werden kann.

2. Optische Eigenschaften des Materials

Wenn Laserlicht auf ein Objekt trifft, interagiert es auf verschiedene Weise mit dem Material. Dies hängt von den intrinsischen Materialeigenschaften und der Wellenlänge des Lasers ab. Bei der industriellen Lasergravur undurchsichtiger Materialien müssen vorrangig Farbe, Farbton und Schattierung beachtet werden. Das bedeutet beispielsweise, dass schwarzes Acryl wesentlich schneller graviert werden kann als grünes Acryl.

Im Folgenden gehen wir auf die industrielle Lasergravur transparenter und transluzenter Materialien ein.

• Transparenz ist eine physikalische Materialeigenschaft, bei der Licht das Material auf makroskopischer Ebene durchqueren kann, ohne gestreut zu werden.
• Transluzente Materialien lassen nur einen Teil des Lichts durch, der dabei gestreut und mehrfach in der Richtung abgelenkt wird.

Transluzente und transparente Materialien lassen sich ebenfalls lasergravieren, die Leistungsfähigkeit Ihres industriellen Lasergravierers hängt jedoch von Farbe, Farbton, Schattierung, Glanzgrad, Lichtdurchlässigkeit und Trübungswert (Haze) des Materials ab. Um Glas (oder andere transparente/transluzente Materialien) zu lasergravieren, können Sie eine dunkle Schicht direkt unter das Objekt legen und dann den Arbeitsabstand so einstellen, dass der Laserstrahl auf die Grenzfläche fokussiert, wo die Gravur erfolgt.

Die Leistungsfähigkeit Ihres industriellen Lasergravierers hängt von folgenden Parametern ab:

• Vom zu gravierenden Material. Verschiedene transparente und transluzente Materialien erfordern unterschiedliche Einstellungen.
• Von der Art der lichtblockierenden Oberflächenschicht, z. B. Permanentmarker, Farbe oder Klebeband.
• Von der Laserschärfe, dem Arbeitsabstand und der verwendeten Laserlinse.
• Von Gravurgeschwindigkeit und Laserleistung.

3. Schutz des industriellen Lasergravierers

Sie müssen zudem für die Sicherheit Ihrer industriellen Lasergravuranlage während des Betriebs der CNC-Fräsmaschine sorgen. Genau hier kommt LaserDock zum Einsatz und erleichtert diesen Arbeitsschritt erheblich.

LaserDock ist eine magnetische Dockingstation, deren Teilflächen, die die Positionierung bestimmen, untereinander Kontakt auf einer begrenzten Fläche herstellen. Zur Wahrung der Betriebspräzision werden diese Teile aus gehärtetem Stahl gefertigt, wodurch sie besonders robust, verschleißfest und härter als 50 HRC sind. Sie müssen lediglich den Laserkopf von der Dockingstation abnehmen und an einem sicheren Ort aufbewahren – das Abschrauben und spätere Wiederanbringen von Schrauben entfällt.

Sie können außerdem die Hochdruckluftdüse verwenden, die das Laserschneiden um bis zu 6,5-fache beschleunigt und die Endqualität des bearbeiteten Materials bei der industriellen Laserbearbeitung deutlich verbessert.

Darüber hinaus schützt die Hochdruckluftdüse von Opt Lasers Grav Ihre Optik vor Rauch und Staubpartikeln, wodurch sich die Intervalle zwischen den einzelnen Linsenreinigungen um das 10-fache verlängern und die Anwendersicherheit steigt. Die Länge der Hochdruckluftdüse lässt sich für unterschiedliche Materialstärken anpassen: ±8/–4 mm für den XF+-Laserkopf oder ±5/–4 mm für den XF+-Laserkopf mit µSpot-Linsen-Upgrade. Die Hochdruckluftdüse kann auch an XT-Serien-Laserköpfen genutzt werden.

4. Ersatzteile zur Austauschzwecken

Ein weiterer entscheidender Faktor ist, ob für die gewählte Maschine im Falle einer Störung problemlos Ersatzteile erhältlich sind. Da jede Maschine früher oder später Wartung benötigt, müssen Ersatzteile leicht verfügbar sein.

Manche industriellen Lasermaschinen überzeugen mit großem Funktionsumfang, bei diesen Modellen sind die Ersatzteile jedoch oft rar oder teuer. Deshalb ist es notwendig, Maschinenmerkmale und Betriebskosten sorgfältig abzuwägen.

5. Budget und Wartungsfreundlichkeit

Das Budget ist einer der wichtigsten Faktoren bei der Wahl eines industriellen Lasergravierers. Es gibt verschiedene Lasergravierer im Markt, die für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind.

Wenn Sie eine Maschine benötigen, die verschiedene Materialien schneiden kann, schlägt sich dies in einem entsprechend höheren Preis nieder. Günstigere Alternativen sind oft weniger energieeffizient, was zu hohen Stromkosten führt.

CO2-Laser beispielsweise bieten zwar ein günstiges Preis-Leistungs-Verhältnis bei der optischen Leistung, aber eine schlechte elektrische Umwandlungseffizienz von etwa 7,5 %, wodurch z. B. bei 30 W optischer Leistung weniger als 0,3 W auf Kupfer absorbiert werden. Darüber hinaus verbraucht ein 30 W-CO2-Laser 400 W elektrische Leistung, was wiederum die Stromkosten deutlich erhöht.

Faktoren, die die Preise industrieller Lasergravierer beeinflussen, sind u. a. Gravurfläche, Bauteilqualität und -haltbarkeit, Laserleistung, Nachhaltigkeit, optische Leistungsdichte des Lasers und Lasertyp.

Die leistungsstärksten Laserdioden sind blaue Laserdioden mit über 5 W; diese können technisch mit 6 W betrieben werden, aber ein Überlastbetrieb mit 7 W verringert die Lebensdauer um etwa 30 %. Werden sie mit 8 W oder mehr betrieben, liegt die Betriebsdauer oft unter 100 Stunden.

Auch die Wartung ist ein wesentlicher Gesichtspunkt bei der Auswahl des industriellen Lasergravierers. Ermitteln Sie, wie oft bestimmte Maschinen gewartet werden müssen und ob dies in Eigenregie möglich ist bzw. ein Fachmann benötigt wird.

Prüfen Sie zudem, ob die Maschine leicht zu warten oder ob Reparaturen komplex und ausfallzeitintensiv sind. Sollte die Maschine häufig und aufwendig gewartet werden müssen, muss Ihr Unternehmen eventuell einen Techniker anstellen, was zusätzliche Kosten verursacht.

6. Gravurgenauigkeit

Unternehmen haben individuelle Präferenzen hinsichtlich der Genauigkeit. Mehrere Faktoren beeinflussen die Gravurgenauigkeit eines industriellen Lasergravierers, darunter:

1. Die Fokus-Spotgröße des Laserstrahls ist einer der wichtigsten Faktoren für die Gravurgenauigkeit der Lasermaschine.
2. Die Technologie und Qualität des optischen Systems sowie des Wärmemanagements der Lasereinheit. Minderwertige Technik und Komponenten verursachen spürbare Abweichungen bei der Gravurgenauigkeit und beeinträchtigen das Gesamtresultat.
3. Das verwendete Übertragungssystem der Gravurmaschine: Kugelumlaufspindel oder Zahnstange. Kugelumlaufspindeln bieten größere Genauigkeit und Präzision als Zahnstangenantriebe.
4. Die maximale Beschleunigung der CNC-Fräseinheit. Höhere Beschleunigungen liefern bessere Ergebnisse, wenn Sie die Vektorlageravurtechnik anstelle der Rastergravurtechnik verwenden.
5. Auch die Qualifikation und Vorgehensweise des Personals während der Montage wirkt sich auf die Gravurgenauigkeit aus.
6. Quadratische Gravurmaschinen bieten höhere Präzision als Kreisgravurmaschinen.

Opt Lasers bietet eine Reihe von blauen Laserköpfen für unterschiedliche Anwendungsfälle:

PLH3D-6W-XF+:

Ein vielseitiger Laserkopf zum Gravieren und Schneiden dünner sowie dicker Materialien. Das µSpot-Upgrade für den XF+-Laserkopf ist speziell für hochqualitative Lasergravuren entwickelt, da dadurch der Laserstrahl stärker fokussiert wird und die Gravurauflösung steigt. Für industrielle Lasergravur-Anwendungen bietet der XF+ mit µSpot-Linsen-Upgrade eine tatsächliche Gravurauflösung von mehr als 150 DPI (dots per inch). Zum Vergleich: Ein digitales HD-Bild entspricht i. d. R. einer Auflösung von 200–300 DPI, wobei der digitale Wert allein wenig aussagt, da die Druckqualität von der beabsichtigten Druckgröße abhängt. Ein Full-HD-Bild auf einem 24-Zoll-Bildschirm hat einen PPI (pixel per inch) von 91,71, ein 24-Zoll-4k-Ultra-HD-Bildschirm einen PPI von 183,58. Das folgende Bild zeigt eine Lasergravur, die mit PLH3D-XF+ mit µSpot-Linsen-Upgrade auf dunkel eloxiertem Aluminium durchgeführt wurde.

PLH3D-15W:

Entwickelt, um höhere industrielle Lasergravurgeschwindigkeiten zu ermöglichen und das Materialspektrum, das ein Industriekunde gravieren kann, zu erweitern. Zusätzlich zu den üblichen Werkstoffen, die mit dem XF+ Laser-Kopf graviert werden können, ermöglicht der PLH3D-15W auch industrielle Gravuren auf Edelstahl, Kohlenstoffstahl und Schnellarbeitsstählen sowie auf Titan. Dennoch sind viele CNC-Maschinen schlichtweg nicht schnell genug, um das volle Potenzial des PLH3D-15W auszuschöpfen, insbesondere bei der industriellen Lasergravur von holzbasierten Werkstoffen. Im untenstehenden Bild sehen Sie einen QR-Code und den Firmennamen, die auf Edelstahl lasergraviert wurden.

Spezialisierte XT-Serie Laserköpfe:

Diese Laserköpfe wurden entwickelt, um die Grenzen in Bezug auf die erreichbare Auflösung bei der industriellen Lasergravur zu verschieben. Der XT-50 Laserkopf (6 W optische Leistung) fokussiert den blauen Laserstrahl auf einen Spot von 50 µm x 4 µm (entsprechend einer DPI einer industriellen Lasergravur von über 500), während der XT-10 Laserkopf (0,5 W optische Leistung) den Laserstrahl auf einen Spot von 10 µm x 4 µm fokussiert (entsprechend einer industriellen Lasergravur-DPI von ca. 3100). Darüber hinaus kann der XT-50 Laserkopf ebenfalls zur Gravur von Metallen, einschließlich Stahl und dessen Legierungen sowie Titan, eingesetzt werden. Das folgende Bild zeigt die Auflösungsgrenze der industriellen Lasergravur mit dem XT-10.

Die LEAD CNC wird mit einer Schritt-für-Schritt Videoanleitung geliefert, wie oben gezeigt, die detailliert beschreibt, wie ein Lasergravurkopf installiert wird, um daraus ein industrielles Lasergravursystem zu machen. Eine CNC Masters Gravur-CNC-Maschine kann zudem einfach an Opt Lasers-Geräte angeschlossen werden, die lediglich ein 0-24V PWM/TTL-Signal (oder analoges Signal) sowie einen Masseanschluss benötigen, wie in der nachfolgenden Abbildung dargestellt.

7. Technologie über Marke

Sie sind möglicherweise auf mehrere Industrieanlagen gestoßen, die mit Reihen identischer Lasergravurmaschinen ausgestattet sind, weil beim Einkauf von industriellen Lasergravursystemen nur auf den Markennamen Wert gelegt wurde.

Wenn eine bestimmte Marke das ideale Lasergravursystem für Ihre Anwendung liefert, bringt Markentreue durchaus einige Vorteile mit sich. Trotzdem sollte die Maschinenleistung stets Vorrang vor dem Markennamen haben.

Häufig bieten neuere und kleinere Unternehmen größere Innovationen, da sie neu auf dem Markt sind und im Wettbewerb bestehen müssen. Daher sollten Sie vor dem Kauf auch Angebote weniger bekannter Marken sowie die Effizienz dieser Maschinen in Bezug auf Leistung und Energieverbrauch prüfen.

Fazit

Die Auswahl der richtigen industriellen Lasergravurmaschine hat einen erheblichen Einfluss auf die Wettbewerbsfähigkeit Ihres Unternehmens. Auch wenn es keine universelle Lösung für alle Anforderungen gibt, müssen Sie verschiedene Kriterien berücksichtigen, um ein geeignetes industrielles Lasergravursystem für Ihre Anwendungen auszuwählen.

Sie müssen außerdem sicherstellen, dass die kritischen Komponenten Ihres industriellen Lasergravursystems (wie z.B. das Gehäuse des Laserkopfes) nicht aus Kunststoff gefertigt sind. Der Grund: Bei einer Kollision eines Lasergravursystems aus Kunststoff können die Kunststoffteile leicht reißen, brechen oder sich verbiegen. In einer solchen Situation verliert der Bediener jegliche Kontrolle über die Ausbreitung der direkten oder gestreuten Laserstrahlung, was ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellt.

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