Lasermarkierung auf Glas: Die LASIT-Revolution

Anwendungen und Vorteile der Lasermarkierung auf Glas

Glas ist ein Material natürlichen Ursprungs, das hauptsächlich aus Siliziumdioxid _(SiO2) besteht. Es ist ein amorpher Feststoff, d.h. seine Atome sind starr wie in einem Kristall, aber ungeordnet wie in einer Flüssigkeit und daher vergleichbar mit unterkühlten Flüssigkeiten mit sehr hoher Viskosität.

Das meiste im Handel erhältliche Glas besteht nicht nur aus Siliziumdioxid. Diesem Material werden andere Verbindungen zugesetzt, die die Eigenschaften des Glases verändern und es für verschiedene Zwecke geeignet machen. Der Zusatz von Substanzen zur Zusammensetzung verändert jedoch die “Laserbarkeit” des Materials.

Industrieglas hat eine gleichmäßigere Struktur und eignet sich daher besser für die Laserbearbeitung. Handgefertigtes Glas hingegen ist für die Laserbearbeitung weniger geeignet. In diesem Fall kann gerade die Handwerkskunst zu Unregelmäßigkeiten in der Zusammensetzung und Struktur führen, wie z. B. zu Mikrobrüchen, die bei Einwirkung der vom Laser erzeugten Hitze das Glas zerbrechen könnten.

Transparenz, Kompaktheit und strukturelle Homogenität, totale chemische und biologische Trägheit, Undurchlässigkeit für Flüssigkeiten, Gase, Dämpfe und Mikroorganismen, Unveränderlichkeit im Laufe der Zeit, Sterilisierbarkeit und perfekte ökologische Verträglichkeit dank der Möglichkeit, es beliebig oft zu recyceln. Dies sind die außergewöhnlichen Eigenschaften von Glas, das vollständig aus natürlichen Stoffen besteht.

Eine Eigenschaft von Glas ist seine geringe Toleranz gegenüber thermischer Ausdehnung. Wenn Glas dem Laser ausgesetzt wird, entstehen Brüche auf mikroskopischer Ebene, die zu Markierungen oder Schnitten führen.

Je nach Art des Glases kann der Markierungsprozess auf unterschiedliche Weise erfolgen.

• Natrium-Calcium-Glas:

Kalk-Natron-Glas ist die häufigste Glasart. Es wird für die Herstellung von Fenstern, Flaschen, Glasgeschirr und anderen Alltagsgegenständen verwendet und eignet sich gut für die Laserbearbeitung.

Bei dieser Art von Glas wird die Markierung durch die Erzeugung von Tausenden von Mikrobrüchen auf der Oberfläche des Glases erreicht. Durch den thermischen Schock dehnt sich das Glas aus und bricht, da es ein starres Material ist. Das Ergebnis ist eine undurchsichtige Markierung mit einem satinierten Aussehen, ähnlich wie bei der Bearbeitung mit herkömmlichen Methoden, aber zu wesentlich geringeren Kosten.

Einige Anwendungsbeispiele finden sich in der Dekorationsindustrie (Dekoration von Gläsern und Geschirr, Fensterglas, Innenverglasung im Allgemeinen), in der Automobilindustrie (Gravur von Identifikationscodes auf Autoscheiben), bei der Herstellung von Laborglas (Gravur von Messskalen).

• Quarzglas

Quarzglas wird durch Schmelzen von Quarz anstelle von Siliziumdioxid gewonnen. Es zeichnet sich durch hohe Temperaturbeständigkeit, hervorragende optische Durchlässigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit aus.

Die Bearbeitung von Quarzglas mit einem_CO2-Laser erfolgt durch Oberflächenverschmelzung. Durch das Verschmelzen des Materials wird die Gitterstruktur des Glases verändert, wodurch sich die Lichtbrechung im Verhältnis zum Rest der Oberfläche ändert, was zu einem erkennbaren Zeichen führt.

• Bor-Silikatglas

Borosilikatglas, auch bekannt unter dem Handelsnamen Pyrex, wird durch die Zugabe von Mineralien wie Bor zu Siliziumdioxid zusammen mit anderen Verbindungen gewonnen. Durch die daraus resultierende chemische Reaktion entsteht ein Glas mit hervorragender Beständigkeit gegen thermische Ausdehnung. Aus diesem Grund wird es häufig zur Herstellung von Geschirr und Backwaren verwendet. Borosilikatglas kann mit einem_CO2-Laser beschriftet werden.

Vorteile von Laser auf Glas im Vergleich zu anderen Technologien:

Das Laserätzen von Glas ist ein äußerst effizientes Verfahren, das sich sowohl für kleine Produktionsserien als auch für die Massenproduktion als wirtschaftlich rentabel erwiesen hat.

Eine solche Gravur:

• ist verschleißfest, aber auch korrosionsbeständig und resistent gegen den Kontakt mit aggressiven Substanzen, wie konzentrierten Reinigungsmitteln oder Säuren.
• Die Kosten sind niedrig, da es keine Verbrauchsmaterialien (Sprays, Tinte, Pasten usw.) gibt.
• Schnelligkeit, auch bei Formatänderungen: Sie können verschiedene Produkte ohne Ausfallzeiten markieren.
• Hohe Auflösung, selbst bei sehr kleinen Markierungen.

Verglichen mit einem Verfahren wie dem Sandstrahlen von Glas oder dem mechanischen Ätzen:

• Die Lasergravur hat keine Designeinschränkungen: Sandstrahlen ist weniger präzise als die Lasergravur und kann keine feinen Details erzeugen.
• Es ist ein schnellerer Prozess: Sandstrahlen dauert länger als Lasergravieren.

Lasertypen: UV, CO2 und Pikosekundenlaser

Die Wechselwirkung zwischen Lasern und Glas wird durch die Wellenlänge des Lasers und die Pulsdauer beeinflusst. Pikosekundenlaser sind ideal für hochpräzise Anwendungen.

Pikosekundenlaser und Glas

Pikosekundenlaser erzeugen extrem kurze Laserpulse mit Pulsdauern im Pikosekundenbereich. Sie zeichnen sich durch eine Wellenlänge von 1030 nm und eine Punktzirkularität von über 96% aus. Jeder Puls hat eine Dauer von cica 1,9 ps und eine maximale Energie von 26,4 μJ. Im ‘Burst’-Modus kann er sehr hohe Energieimpulse abgeben (über 230-250 μJ bei 200kHz).

Wenn diese Impulse auf das Glas treffen, erzeugt die konzentrierte Energie in einer so kurzen Zeitspanne eine sehr intensive Wechselwirkung mit dem Material.

Die Laserenergie reicht aus, um chemische Bindungen im Glas aufzubrechen, wodurch kleine Hohlräume oder Einschnitte entstehen.

Im Gegensatz zu Lasern mit längeren Wellenlängen erzeugen Pikosekundenlaser nur eine minimale Erwärmung des umgebenden Materials, da die Energie in einem kurzen Zeitabschnitt konzentriert wird. Dadurch wird das Risiko einer thermischen Beschädigung von Glas verringert, was Pikosekundenlaser ideal für Markierungs- und Präzisionsbearbeitungsanwendungen macht.

_CO2-Laser und Glas

CO2-Laser emittieren Strahlung mit einer Wellenlänge von 10600 Nanometern und einer Rundheit von über 90%, also im fernen Infrarotbereich. Wenn diese Strahlung auf das Glas trifft, wird sie von dem Material absorbiert, wodurch sich die Oberfläche erwärmt.

Die Wechselwirkung zwischen dem_CO2-Laser und Glas kann zu folgenden Ergebnissen führen:

Schmelzen und AbtragenDurch die Erhitzung kann Glas schmelzen oder von der Oberfläche abtragen. Daher eignen sich_CO2-Laser zum Schneiden und Gravieren von Glas, sind aber in Bezug auf die Bearbeitungsdetails möglicherweise weniger präzise als Pikosekundenlaser.

Erhöhte WärmeausbreitungCO2-Laser erzeugen eine stärkere Wärmeausbreitung im Material als Pikosekundenlaser, was das Risiko von unerwünschten Brüchen oder thermischen Schäden am Glas erhöhen kann.

UV-Laser und Glas

UV-Laser arbeiten bei viel kürzeren Wellenlängen, typischerweise zwischen 100 und 400 nm, mit einer Zirkularität von über 98%. Wenn diese Strahlung auf das Glas trifft, kann sie Photoablation verursachen, ähnlich wie bei Pikosekundenlasern, aber in einem gröberen Maßstab.

Experimentelle Tests zum Vergleich von UV, PICO und CO2

Die Tests wurden durchgeführt, indem das gleiche Design (Lasit-Logo) auf einem herkömmlichen Glas mit den optimalen Markierungsparametern für jedes optische System/jede Quelle markiert wurde.

Die Arten der verwendeten Quellen sind: CO2, UV und Glasfaser (Pico mit Burst-Modus).

Die Messungen und Bilder wurden mit einem Panfokal-Mikroskop aufgenommen: 4k Microscope – VHX Series 7000, das die Betrachtung des dreidimensionalen Profils der Markierung in Zoomstufen von mindestens 20x bis maximal 2500x ermöglicht.

CO2 – Oberflächenmarkierung

Beschreibung der experimentellen Ergebnisse CO2

Im Falle der CO2-Quelle führt dies zu einer Markierung, die sich im Allgemeinen durch geringe Schärfe und hohe Rauheit auszeichnet (Ra=6um und Rz=24um).
Insbesondere ist zu beachten, dass die Details kleinerer Abschnitte kaum sichtbar sind. Daher wird diese Art von Quelle nicht empfohlen, um Markierungen mit kleinen, winzigen Details zu erstellen.

Dieses Ergebnis wird durch einen größeren Laserspot und die Korngröße auf der bearbeiteten Oberfläche verursacht, die große Körner aufweist (etwa 11500 ^um2).

Darüber hinaus ist es gerade wegen der großen Flecken- und Korngröße nicht möglich, interne Markierungen auf dem Material anzubringen.

Diese Art der Markierung hat jedoch den Vorteil, dass sie einen großen Arbeitsbereich und eine große Tiefenschärfe hat und die Markierungszeit verkürzt.

UV – Oberflächenmarkierung

Interne Kennzeichnung

Beschreibung der UV-Versuchsergebnisse

Bei der UV-Quelle zeichnet sich die Markierung im Allgemeinen durch gute Schärfe und hohe Rauheit aus (Ra=6um und Rz=26um).
Insbesondere sind die Details kleinerer Abschnitte deutlich sichtbar, so dass diese Art von Quelle für Markierungen mit kleinen, winzigen Details verwendet werden kann.

Dies wird durch eine kleinere Größe des Laserspots und die Gleichmäßigkeit der Korngröße auf der bearbeiteten Oberfläche ermöglicht. Da die Reaktivität des Materials bei dieser Art von Quelle hoch ist, wird im Allgemeinen eine größere Tiefe des markierten Profils beobachtet (in Tests bis zu 66um). Außerdem ist es mit dieser Art von Strahlenquelle möglich, gut definierte und gleichmäßige Markierungen im Material zu erzeugen. Diese Art der Markierung hat den zusätzlichen Vorteil eines großen Arbeitsbereichs und einer großen Tiefenschärfe.

UV-Lasermarkierung auf Glas: Qualität, Präzision und Produktivität für den Werbesektor

In der Welt der Werbeartikel und individuellen Geschenke ist Glas seit jeher ein prestigeträchtiges Material. Gläser, Flaschen, Trophäen, Gedenktafeln und Geschenkartikel erfordern eine Verarbeitung, die die Eleganz des Mediums respektiert und dauerhafte Ergebnisse garantiert. Die UV-Lasermarkierung auf Glas hat sich als die effektivste Technologie für hochwertige Gravuren auf Glas etabliert, die tadellose Ästhetik mit hoher Produktivität verbindet.

Die weiße Markierung auf Glas mittels UV-Laser zeichnet sich durch einen hohen Kontrast und ein elegantes Aussehen aus. Das Endergebnis ist eine glatte, einheitliche und dauerhafte Oberfläche, die sich auch nach wiederholtem Waschen oder nach Exposition gegenüber den Elementen nicht abnutzt. Für ein Unternehmen, das in der Werbebranche tätig ist, bedeutet dies, dass die fertigen Produkte ihren wahrgenommenen Wert behalten und dem Endkunden Professionalität vermitteln.

PICO – Oberflächenmarkierung

Beschreibung der experimentellen Ergebnisse PICO BURST

Im Falle der Faserquelle mit Pikosekundenpulsen zeichnet sich die Markierung im Allgemeinen durch hohe Auflösung und geringe Rauheit aus (Ra=2um und Rz=12um).
Es ist insbesondere zu beobachten, dass die Details kleinerer Abschnitte sehr gut sichtbar sind, so dass diese Art von Quelle für die Erstellung von Markierungen mit kleinen, winzigen Details empfohlen wird.

Ermöglicht wird dies durch die geringe Größe des Laserspots, die geringe Kontaktzeit mit dem Material und die gleichmäßige Korngröße auf der bearbeiteten Oberfläche, die etwa 60 ^um2 beträgt.

Da der Puls in der Größenordnung von Pikosekunden liegt, wird die gesamte Energie für die Bearbeitung der Oberfläche verwendet, was die Wärmeabgabe im Material begrenzt. Aus diesem Grund ist die Profiltiefe gering (10 um) und auf die bearbeitete Oberfläche beschränkt.

Außerdem ist es dank der Büste, mit der dieser Strahlertyp ausgestattet ist, möglich, Markierungen im Inneren des Materials in zwei Farbtönen (hell und dunkel) zu machen, die in beiden Fällen gut definiert und einheitlich sind.

Außerdem hat die Markierungsart den Nachteil, dass sie einen geringeren Arbeitsbereich und eine geringere Schärfentiefe hat.

Vergleich der Ergebnisse