Beschriftungslaser
CO2-Laser: präzise Laserbeschriftung & -bearbeitung
CO2-Laser – auch Kohlenstoffdioxidlaser genannt – haben die längste Wellenlänge aller üblicherweise verwendeten Laser. Mit Wellenlängen von bis zu 10.600 nm sind sie mehr als zehnmal so lang wie die Wellen der Standardlaser (1064 nm). Neben Papier und Kunststoffen können dank der wärmebasierten Beschriftungsmethode auch organische Materialien wie Holz, aber auch Gummi und transparente Materialien wie Glas und PET-Kunststoff beschriftet und präzise geschnitten werden.
Was ist ein CO2-Laser?
Ein CO2-Laser ist ein Gaslaser, der ein Gemisch aus Kohlenstoffdioxid (CO2), Helium (He) und Stickstoff (N2) als aktives Medium verwendet. CO2-Laser sind elektrisch angeregt und arbeiten im fernen Infrarotspektrum mit Wellenlängen von etwa 9.300 nm bis 10.600 nm. Die Ausgangsleistung kann bis zu 80 Kilowatt betragen und es können Pulsenergien von bis zu 100 Kilojoule erzeugt werden.
Der CO2-Laser ist neben Festkörperlasern, wie dem Faserlaser, eine der wichtigsten Industrielaser. Der Grund dafür ist, dass er eine sehr hohe Leistung hat, viele verschiedene Materialien präzise schneiden und beschriften kann und dabei sehr glatte Schnittkanten erzeugt.
Lichtwellenlängenverteilung
A:Ultravioletter Bereich B:Sichtbarer Bereich C:Infraroter Bereich
Wie funktioniert ein CO2-Laser?
Der folgende Prozess beschreibt die Funktionsweise eines CO2-Lasers:
Das Gemisch aus Kohlendioxid, Helium und Stickstoff wird in die Entladungsröhre gefüllt, in der die Elektroden für die elektrische Entladung angeordnet sind. Dort wird es durch elektromagnetische Wellen im Megahertz-Bereich angeregt, wodurch die CO2-Moleküle auf ein hohes Energieniveau gebracht werden. Die Energie wird als Rotation oder Vibration im Resonator gespeichert.
Die Kohlenstoffdioxid-Moleküle haben verschiedene Schwingungsformen mit unterschiedlichen Energieniveaus. Wenn ein Infrarot-Photon auf ein angeregtes CO2-Molekül trifft, wird gespeicherte Energie in Form von Photonen freigesetzt – ein Prozess, der als stimulierte Emission bezeichnet wird.
Die als Photonen freigesetzte Energie nimmt exponentiell zu (Lawineneffekt), wenn genügend angeregte Kohlenstoffdioxid-Moleküle vorhanden sind. Um dies zu erreichen, wird die emittierte Strahlung durch das Lasermedium zwischen dem Reflexionsspiegel und dem Ausgangskoppler hin- und her gelenkt. Aus diesem Prozess entsteht letztendlich der Laserstrahl.
CO2-Laser: Aufbau
Ein CO2-Laser besteht aus mehreren Komponenten:
Zunächst wird das CO2-Gasgemisch (C) in die Entladungsröhre gefüllt, in der die Elektroden (B) für die elektrische Entladung angeordnet sind. Die CO2-Moleküle werden angeregt und die Energie wird gespeichert. Durch die stimulierte Emission werden Photonen freigesetzt und die Strahlung wird zwischen dem Reflexionsspiegel (A) und dem Ausgangskoppler (E) hin- und hergelenkt, wodurch der Laserstrahl (D) verstärkt und schließlich ausgekoppelt wird.
A:Reflexionsspiegel B:Elektrode C:CO2-Gas D:Laser E:Ausgangskoppler
Vorteile des CO2-Lasers im Überblick
Kohlenstoffdioxidlaser bieten viele Vorteile, die sie für ein breites Spektrum industrieller und medizinischer Anwendungen attraktiv machen:
- Hohe Leistung: Vorteilhaft für Schneiden und Schweißen von Kunststoffen.
- Vielseitigkeit: Bearbeitung und Beschriftung von Kunststoffen, Keramik, Holz, Pappe, Gummi und Glas.
- Präzision: Sehr glatte und präzise Schnittkanten.
- Effizienz: Hohe Energieeffizienz, reduziert die Betriebskosten.
- Kontinuierlicher Betrieb: Geeignet für Dauerstrichbetrieb.
- Geringer Wartungsaufwand: Robuste Bauweise und niedriger Wartungsbedarf.
- Breite Anwendung: Einsatz in vielen Branchen und Industrien.
KEYENCE bietet eine Produktpalette mit kurzwelligen und dünnen Lasertypen für eine verbesserte Qualität. Die Modellreihe ML-Z ist mit einer Wellenlänge von 10.600 nm (10,6 μm) sowie mit einer kürzeren Wellenlänge von 9.300 nm (9,3 μm) erhältlich. Sie erzeugen scharfe, flache Gravuren mit einer minimalen Beschädigung.
Beschriftung auf PET-Flasche
CO2-Laser mit Standardwellenlänge
Kurzwelliger CO2-Laser
Produktübersicht: CO2-Laser mit 3-Achsen-Steuerung
Modellreihe ML-Z
Effiziente CO2-Beschriftung mit hoher Flexibilität
Die 3-Achsen-Steuerung des CO2-Lasers der Modellreihe ML-Z gewährleistet eine verzerrungsfreie Beschriftung über das gesamte Beschriftungsfeld. Die Brennweite ist in einem Bereich von 42 mm (+/- 21 mm) einstellbar, was eine präzise Beschriftung von 3D-Teilformen ermöglicht und die Werkzeugkosten reduziert.
Der CO2-Laser ML-Z beschriftet gleichmäßig auf Stufen-, Schräg-, Zylinder- und kreisförmigen Kegelformen. Auch CAD-Daten von Nicht-Standardformen können verwendet werden, um den Fokuspfad abzubilden und den Fokus beizubehalten.
300 mm × 300 mm Beschriftungsfeld
Hochpräzise Beschriftung und Weiterverarbeitung sind in einem großen Bereich von 300 × 300 mm möglich. Dadurch wird die Produktionseffizienz bei der gleichzeitigen Bearbeitung einer Vielzahl von Produkten verbessert.
Veränderbare Lichtpunktgröße und Defokussierung
Im Gegensatz zu den Vorgängermodellen von KEYENCE kann die Modellreihe ML-Z dünne, dicke, flache oder tiefe Zeichen beschriften, ohne die Koordinaten oder die Zeichengröße zu verändern. Das bedeutet, dass die Modellreihe ML-Z in der Lage ist, gleichmäßige defokussierte Zeichen an jedem Punkt des Beschriftungsbereichs zu markieren.
Herkömmlicher Laserbeschrifter
Bei den KEYENCE-Vorgängermodellen ist die Beschriftung auf einen festen Bereich beschränkt.
CO2-Laser Modellreihe ML-Z
Mit der Modellreihe ML-Z ist die hochwertige Beschriftung dank 3-Achsen-Steuerung über einen größeren Bereich möglich.
Anwendungsgebiete des CO2-Lasers
Kohlenstoffdioxidlaser bieten viele Anwendungsmöglichkeiten. Sie können Gegenstände aus Papier, Holz, Gummi, Keramik sowie transparente Materialien wie Glas optimal beschriften. Sie werden aber auch zum Schneiden von Angüssen, sowie zum Bohren und Entkapseln eingesetzt. Das Beschriften von Metall mit CO₂-Lasern ist dagegen schwierig, da die Wellenlänge nicht absorbiert wird.
CO2-Laserbearbeitung: Schneideanwendung
CO2-Laser nutzen Hitze zur Beschriftung der Oberfläche, wodurch neben der Beschriftung auch Schneideanwendungen wie Lochdurchbrüche, Angüsse und Zerschneiden möglich sind. Im Vergleich zum mechanischen Schneiden mit Schneidewerkzeugen hat der CO2-Laser den Vorteil, dass eine Qualitätsverschlechterung des Schnitts aufgrund des Werkzeugverschleißes verhindert wird und er wartungsfrei ist.
Folienschneiden und Lochdurchbrüche
Schneiden von Ummantelungen
Entgraten
CO2-Laserbeschriftung auf synthetischem Gummi
Synthetischer Gummi ist sehr hitze- und chemikalienbeständig. Einige Beschriftungsmethoden sind nicht intensiv genug, um ihn zu kennzeichnen. Der CO2-Laser ermöglicht aber eine Laserbeschriftung auf Gummi, indem er die Kennzeichnung in das Material einbrennt. Das ist möglich, da der CO2-Laser eine sehr hohe Wärmeabsorption in vielen Materialien aufweist (insbesondere in Materialien, die Wasser enthalten oder organisch sind).
CO2-Laserbeschriftung auf Gummi:
- Wischerblätter
- Gummihandschuhe
- Autoreifen
Gummidichtung - Scheinwerfer
Wischerblatt
Türverkleidung
CO2-Laserbeschriftung auf Glas
Glas ist hitzebeständig und transparent. Standard-Faserlaser können nicht auf transparenten Materialien wie Glas beschriften. Ein CO2-Laser ermöglicht jedoch eine durchgehende Laserbeschriftung auf Glas. Der Laser erzeugt mit niedriger Leistung feine Risse und Mikrobrüche, die weiße Beschriftungen oder Muster bilden.
CO2-Laserbeschriftung von Glasanwendungen:
- Fensterglas
- Flasche
- Gefäße
CO2-Laserbeschriftung auf Pappe und Holz
Die Verwendung eines CO2-Lasers für organische Materialien wie Laserbeschriftung auf Holz und Karton sorgt für eine permanente Beschriftung ohne zu verwischen. Er eignet sich für die Aufbringung von Designs, Logos, Strichcodes oder Zeichen auf die Holz- oder Kartonoberfläche. Die CO2-Laserbeschriftung wird entweder für weiße oder dunkle Beschriftungen verwendet.
CO2-Laserbeschriftung auf Pappe oder Holz:
- Kartonverpackung
- Holzschild
- Versandkarton
Kartons
Designkennzeichnung
Ersatz für Holzetiketten
KEYENCE CO2-Laser-Sortiment: hohe Qualität und kürzere Taktzeiten
CO2-Laser erzeugen Laserstrahlen mit Wellenlängen im fernen Infrarotbereich. Dabei gilt: Je kürzer die Wellenlänge, desto präziser kann beschriftet werden und desto geringer ist der Schaden um die beschriftete Stelle herum.
9,3 μm vs. 10,6 μm Wellenlänge
Die Wellenlänge des Lasers der Modellreihe ML-Z ist mit 10,6 μm sowie mit einer kürzeren Wellenlänge von 9,3 μm erhältlich, um den Wärmeabsorptionseigenschaften verschiedener Materialien gerecht zu werden. Bei einer höheren Absorptionsrate, beispielsweise bei Kunststoff, ermöglicht diese kürzere Wellenlänge eine präzisere Beschriftung mit flacher Gravur und weniger Aufquellen der Oberfläche.
Vorgängermodell
10,6 μm Laser
Tiefgravur mit großflächigen Beschädigungen
CO2-Laser Modellreihe ML-Z
9,3 μm Laser
Scharfe, flache Gravur mit minimaler Beschädigung
Präzisionsmodell
Im Vergleich zum Standardmodell ist der Laserpunktdurchmesser kleiner, was eine noch feinere Beschriftung ermöglicht. Der kleinere Spotdurchmesser sorgt für eine höhere Leistungsdichte, was wiederum eine effizientere Bearbeitung wie Schneiden und Bohren ermöglicht.
Vergleich von Laserpunktdurchmesser und Leistungsdichte
| Standardmodell | Präzisionsmodell | |
|---|---|---|
|
Punktdurchmesser
|
Standardmodell
140 μm
|
Präzisionsmodell
80 μm
|
|
Leistungsdichte
|
Standard mode
2,0 kW/mm2
|
Thin beam mode
6,0 kW/mm2
|
* Dies sind repräsentative Werte
Standardmodell
Präzisionsmodell
Modelle mit feinem Laserstrahl bieten eine größere Leistungsdichte mit einem geringeren Spotdurchmesser.
Integration des CO2-Lasers in Ihren Produktionsprozess
Sie verarbeiten Keramik, Glas, Gummi oder Karton und suchen nach einem effizienten und präzisen Beschriftungsverfahren, das herkömmliche Faserlaser nicht bieten können? Dann sollten Sie die CO2-Laser der Modellreihe ML-Z von KEYENCE für Ihre Laserbearbeitungs- und Laserbeschriftungsanwendungen testen.
Unser Expertenteam bietet Ihnen eine kostenfreie Produktdemo, Testbeschriftungen Ihrer Musterteile und After-Sales-Support an. Nehmen Sie noch heute Kontakt mit uns auf.
Häufig gestellte Fragen: CO2-Laser
Welche Eigenschaften hat ein CO2-Laser?
Ein CO2-Laser arbeitet im fernen Infrarotspektrum mit Wellenlängen zwischen 9.300 nm und 10.600 nm. Er bietet eine hohe Leistung von bis zu 80 Kilowatt und kann Pulsenergien von bis zu 100 Kilojoule erzeugen. Diese Laser sind vielseitig, effizient und ideal für eine dauerhafte Beschriftung verschiedener Materialien.
Für welche Materialien ist die CO2-Laserbeschriftung geeignet?
Die CO2-Laserbeschriftung ist geeignet für Materialien wie Papier, Holz, Gummi, Kunststoff, Keramik und transparente Gegenstände wie Glas. Diese Laser können präzise Beschriftungen erzeugen. Metall hingegen lässt sich mit diesem Laser schwer beschriften, da die Wellenlänge nicht absorbiert wird.
In welchen Wellenlängen gibt es CO2-Laser?
Die KEYENCE CO2-Laser arbeiten im fernen Infrarotspektrum mit einer Wellenlänge von 9.300 nm oder 10.600 nm. Der CO2-Laser mit kürzerer Wellenlänge ist besonders gut für die Bearbeitung von Materialien mit höherer Absorptionsrate, wie bestimmte Kunststoffe, geeignet. Diese kürzere Wellenlänge ermöglicht präzisere Beschriftungen mit flacheren Gravuren und reduziertem Aufquellen der Oberfläche, was zu einer verbesserten Bearbeitungsqualität führt.
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