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Laserleistung und Impulsdauer:
Welche Wirkung haben sie auf die Materialien?

Marcatura-Colorata-03.jpg Laserleistung und Impulsdauer: Welche Wirkung haben sie auf die Materialien?

In diesem Artikel werden die unterschiedlichen Leistungen der Beschriftungslaser und die Impulsdauer mit Schwerpunkt auf die Wellenlänge erörtert. Wir werden versuchen zu verstehen, wie sich diese drei Parameter auf die Beschriftung von Komponenten auswirken.

 

Alle Arten von Beschriftungslasern können gepulst oder kontinuierlich sein. Das bezeichnen wir als Betriebsmodus. Bei Lasern mit kontinuierlicher Welle ist der Energiefluss konstant, das bedeutet, dass der Laser kontinuierlich einen einzelnen, durchgehenden Strahl emittiert. Ein typisches Beispiel dafür ist der durchgehende Strahl eines Laserpointers. Kontinuierliche Wellenlaser werden normalerweise für Laserschneiden und -schweißen verwendet.

 

Bei Pulslasern wird der Laserstrahl in regelmäßigen Intervallen unterbrochen, damit sich die Energie ansammeln und eine höhere Spitzenleistung als kontinuierliche Wellenlaser erzielen kann. Der Laserstrahl wird in Form von Impulsen abgegeben, die eine spezielle Dauer, die so genannte Pulsdauer, haben. Diese hohen Energiedichten sind für viele Anwendungen, wie die Laserbeschriftung, erforderlich.

Kontinuierliche Wellenlaser scheinen leistungsstärker als Pulslaser zu sein, das stimmt aber nicht immer. Dies liegt daran, dass die Leistung eigentlich die durchschnittliche Laserleistung angibt und die durchschnittliche Leistung der Pulslaser im allgemeinen geringer ist, obwohl die Spitzenwerte höher sind.

Zum Beispiel ein 6.000 W kontinuierlicher Wellenlaser erzeugt kontinuierlich 6.000 W Laserleistung. Umgekehrt kann ein 100 W Pulslaser jeweils 10.000 W Impulse erzeugen.

 

Sehen wir uns hier die Version mit variabler Impulsdauer des Faserlasers, bzw. des  LASIT-Lasers FlyMOPA genauer an, der sich bestens zum Beschriften von Kunststoffen und allen Metallen eignet.

Lasertypen nach Impulsdauer

Die Pulslaser werden je nach ihrer Impulsdauer in verschiedene Kategorien unterteilt. Es wird ein Modulator verwendet, um die Impulsanzahl pro Sekunde zu kontrollieren. Demnach hat jeder Impuls eine bestimmte Dauer, die als Impulsdauer, Impulslänge oder Impulsbreite bezeichnet wird. Die Impulsdauer ist die Zeit, die von Beginn und Ende des Impulses vergeht. Es gibt unterschiedliche Modulationsmethoden, um die Laserstrahlen zu pulsen: Q-Switch, Gain-Switch und Modenkopplung sind einige Beispiele dafür. Je kürzer der Impuls, desto höher ist die Spitzenenergie. Es folgen die herkömmlichen Einheiten, die verwendet werden, um die Impulsdauer auszudrücken.

Millisekunden (ein Tausendstel einer Sekunde) sind die längste Zeiteinheit, die verwendet wird, um die Impulsdauer auszudrücken und sie haben daher die geringste Spitzenenergie.  Die Impulse eines Haarentfernungslasers zum Beispiel können je nach Haarstärke zwischen 5 ms und 60 ms variieren.

 

Mikrosekunden (ein Millionstel einer Sekunde) sind vermutlich die am wenigsten verbreitete Impulsdauer. Sie können zur Materialienverarbeitung eingesetzt werden. Mikrosekunden-Laser können auch für Anwendungen wie Spektroskopie und Depilation eingesetzt werden.

 

Nanosekunden (ein Milliardstel einer Sekunde) sind eine sehr gebräuchliche Impulsdauer, die für Anwendungen wie Materialverarbeitung, Abstandsmessungen und Fernerkundung eingesetzt wird.

 

Pikosekunden  (ein Billionstel einer Sekunde) und Femtosekunden (ein Billiardstel einer Sekunde) sind die kürzesten Pulsdauern und deshalb wird auch von ultrakurzen Pulsen und ultraschnellen Lasern gesprochen. Diese Laser bieten die exaktesten Ergebnisse und weisen die am wenigsten hitzeexponierten Bereiche auf. So wir ungewünschte Schmelzung vermieden und sind sehr genaue Gravuren möglich. Sie werden bei der Materialverarbeitung, in der Medizin (wie der Augenchirurgie), in der Mikroskopie, für Messungen und im Fernmeldewesen eingesetzt. LASIT hat seine eigene Version von Pikosekundenlaser, den FlyPico, der besonders wirksam bei untastbaren, sehr dunklen und reflexfreien Beschriftungen ist.

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FlyMOPA Beschriftungslaser

Der MOPA Beschriftungslaser ist ein Faserlaser mit einer Wellenlänge von 1064 nm, der sich vom herkömmlichen Faserlaser gerade dadurch unterscheidet, dass die Impulsdauer kontrolliert werden kann.

 

So können wir Ergebnisse erzielen, die mit einem herkömmlichen Laser, vor allem bei Kunststoffen und bunten Beschriftungen, undenkbar wären.

annealing Laserleistung und Impulsdauer: Welche Wirkung haben sie auf die Materialien?
METALLE
KUNSTSTOFFE

Farbige Beschriftungen

Hoher Kontrast

Schwarze Beschriftung
auf eloxiertem Aluminium

Mehr Gleichmäßigkeit

Weniger Korrosion durch
die begrenzte Wärmezufuhr
beim Wiedererhitzen
der Beschriftung

Keine Verbrennungen

Weniger Verbrennungen an
den Rändern der Gravur

Weniger Schaumbildung

FlyPico Beschriftungslaser

Der Powermark FlyPico ist ein Faserlaser, der sich durch besonders hohe Qualitätsstandards bei schwarzen und untastbaren Beschriftungen auszeichnet. 

 

Außerdem ist er die ideale Wahl, wenn es um Anwendungen geht, die nach der Beschriftung weiteren Behandlungen wie z.B. der Passivierung mit Zitronen- und Salpetersäure unterzogen werden. Immer häufiger zum Einsatz kommt dieser Lasertyp in den Bereichen Medizin, Haushaltsgeräte und Schmuck.

MEDICALE-02 Laserleistung und Impulsdauer: Welche Wirkung haben sie auf die Materialien?
TECHNISCHE EIGENSCHAFTEN
VORTEILE

Ultrakurze Impulsdauer (2ps), mit möglicher
Spitzenleistung von 10 MW!

Möglichkeit der Ausführung von Bearbeitungen,
die mit einem herkömmlichen Infrarotlaser undenkbar
wären, wie z.B. die schwarze Beschriftung mit hohem
Kontrast und Micromachining
auf verschiedenen Materialien.

Großer Frequenzbereich (von 50kHz bis 2000kHz,
während der übliche Frequenzbereich zwischen
500 und 1000kHz liegt).

Hohe Ausführungsgeschwindigkeit.

Wellenlänge 1030nm, leicht unter den
herkömmlichen 1064nm.

Größere Kompatibilität mit den Materialien.

Hohe Qualität des Laserstrahls (M2 = 1.2).

Kleinerer Spot und demnach höhere Energiedichte.

Wasserkühlung.

Langfristige Stabilität des Systems.

Lasertypen nach Wellenlänge:
Das zu beschriftende Material

Die Wellenlänge des Lasers hängt von dem zu beschriftenden Material ab. Die marktüblichen Beschriftungslaser werden derzeit unterteilt nach:

LASERQUELLE
WELLENLÄNGE
LASERTYP
VERFÜGBARE LEISTUNGEN
BESCHRIFTBARE MATERIALIEN

Faserlaser

1064nm

FiberFly

20,30,50,100 W

Alle Metalle
Einige Kunststoffe

Faserlaser

1064nm

FlyMOPA

20,30,50,100,200 W

Alle Metalle
Alle Kunststoffe

Faserlaser

1064nm

FlyPico

50W

Alle Metalle
Alle Kunststoffe

Grüner Laser

532nm

FlyPeak

5, 10 W

Alle Kunststoffe

UV-Laser

325nm

FlyUV

1, 3, 8 W

Kunststoffe und
empfindliche Materialien

CO2 - Laser

10600nm

FlyCO2

10, 30, 70, 120 W

Organische Stoffe

Lasertypen nach Leistung:
Welchen Einfluss haben die Watts?

Die Leistung des Lasers beeinflusst die Geschwindigkeit des Prozessablaufs. Im Gegensatz zu dem, was oft angenommen wird, sind die Tiefe und der Abtrag der Beschriftung unabhängig von der Laserwattleistung.

Hier ein paar Beschriftungsbeispiele, bei denen die Gravuren mit derselben Laserquelle aber mit unterschiedlichen Leistungen vorgenommen wurden. So kann man sehen, wie die Leistung die Geschwindigkeit des Laserbeschriftungsprozesses beeinflusst.

REPORT L46622 MATERIAL LASER ZEIT

L46622 Laserleistung und Impulsdauer: Welche Wirkung haben sie auf die Materialien?

Aluminium
Fly Mopa 30W
14.8 sec
Fly Mopa 50W
11.5 sec
REPORT L45522 MATERIAL LASER ZEIT
L45522-1 Laserleistung und Impulsdauer: Welche Wirkung haben sie auf die Materialien?
Aluminium
FiberFly 20W
7.2 sec
FiberFly 30W
5.4 sec

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