Kunststoff mit Laser beschriften – darauf kommt es an

Das Ergebnis einer Kunststoffbeschriftung mit Laser hängt von verschiedenen Faktoren ab. Der Kennzeichnungsanbieter Bluhm Systeme zeigt worauf es ankommt.

Laserbeschriftungssysteme für die Kennzeichnung von Kunststoffen bieten vergleichsweise viele Vorteile. Der Werkstoff Kunststoff wird aufgrund seiner zahlreichen positiven Eigenschaften in vielen unterschiedlichen Branchen verarbeitet. Die Bauteile, Halbzeuge und Produkte aus Kunststoff müssen gekennzeichnet werden. Aus Gründen der Produkthaftung und Rückverfolgbarkeit, aber auch aufgrund von Kundenanforderungen oder aus unternehmenseigener Motivation heraus. Die Qualität der Beschriftung hängt jedoch stark vom Lasertyp, der Beschriftungsart und dem zu kennzeichnenden Kunststoff ab. Denn nicht jeder Kunststoff eignet sich für die Laserbeschriftung gleich gut, doch gibt es hierfür Lösungen.

Für das Kennzeichnen von Produkten kommen verschiedene Technologien in Frage: Tinte, Laser und Etikett. Dabei bietet die Lasertechnologie Vorteile, wenn die Kennzeichnung starken mechanischen Belastungen ausgesetzt ist oder es um Fälschungs- bzw. Manipulationssicherheit geht. Denn die Lasermarkierung ist permanent und lässt sich auch nicht unbemerkt entfernen oder verändern. Laser punkten zudem überall dort, wo wenig Fläche für die Kennzeichnung zur Verfügung steht, mit haarfeinen, aber dennoch gestochen scharfen Markierungen. Sie können sowohl stehende als auch bewegte Produkte kennzeichnen, und das blitzschnell. Außerdem benötigen sie keinerlei Verbrauchsmaterialien und sind wartungsfrei. Dadurch sind sie im Betrieb nicht nur kostengünstig, sondern unterbrechungsfrei verfügbar.

Kunststoffe lassen sich mit verschiedenen Lasertypen und auf verschiedene Art und Weise markieren. „Grundsätzlich unterscheidet man bei Kunststoffen drei Laser-Beschriftungsarten: Aufschäumen, Karbonisieren und Gravieren,“ weiß Dennis Prahl, Laser-Experte des Kennzeichnungsanbieters Bluhm Systeme. Beim Aufschäumen wird das Material aufgeschäumt und erstarrt anschließend. Das Markierergebnis ist immer etwas heller als die Farbe des Grundwerkstoffs, weshalb es sich eher für dunklere Materialien eignet. Beim Karbonisieren verändern sich durch die Hitzeeinwirkung des Lasers auf das Material dessen Farbpigmente. Das Verfahren wird bei eher helleren oder durchsichtigen Kunststoffe angewendet, weil hier das Markierergebnis relativ dunkel ist. Sowohl beim Aufschäumen als auch beim Karbonisieren kommt es zu einem Farbumschlag. Anders bei der Gravur. Hier schmilzt der Laser das Material aus der Kunststoffoberfläche. Es verdampft und zurück bleibt eine deutlich fühlbare Vertiefung.   

Laser lassen sich in zwei Kategorien unterteilen: Gas- und Festkörperlaser. Im Kennzeichnungsbereich kommen CO₂-Laser zum Einsatz, die zu den Gaslasern zählen sowie Faserlaser und Yag-Laser (DPSS), welche Festkörperlaser sind. Doch welcher Laser ist für die jeweilige Anwendung der richtige? „Um das herauszufinden, muss man wissen, welches Beschriftungsverfahren überhaupt mit welchem Lasertyp – Gas- oder Festkörper – auf den verschiedenen Kunststoffen möglich ist“, erklärt Dennis Prahl. Zunächst einmal gilt: Jeder Kunststoff kann mit einem CO₂-Laser graviert werden. Allerdings ist der Kontrast nicht immer optimal, da er sich nur über den Schattenwurf, der durch die Gravur entstandenen Vertiefung definiert. Kontrastreicher und optisch ansprechender ist dagegen der Farbumschlag durch Karbonisieren oder Aufschäumen. Im Normalfall kommen für einen Farbumschlag auf Kunststoffen Festkörperlaser zum Einsatz. „Ausnahmen gibt es bei PET und PVC. Hier erzeugen CO₂-Laser eine schöne, materialschonende Markierung“, so Dennis Prahl. „Wir alle kennen diese von der MHD-Kennzeichnung auf PET-Flaschen.“ CO₂- oder Faserlaser stoßen bei manchen Kunststoffen an ihre Grenzen In solchen Fällen kann stattdessen häufig ein feiner, klarer Farbumschlag mit einem sogenannten YAG-Laser realisiert werden. „Das sind Grünlaser und UV-Laser“, erklärt Dennis Prahl. „Beide Lasertypen erzeugen eine „kalte“ Beschriftung. Das Material wir hier in der Regel photochemisch und nicht thermochemisch bearbeitet.“

Kunststoffe, die sich sehr gut für einen Farbumschlag eignen, sind PC und ABS-Kunststoffe, wie sie in der Elektronik-, Automotive- und Haushaltswarenindustrie vorkommen. Aber auch auf PEB, PEEK oder auf Mischkunststoffen aus den vorher genannten Kunststoffen lassen sich qualitativ sehr gute Farbumschläge erzielen.
Bei anderen Kunststoffen wie PA, PS, POM, PPS oder glasfaserverstärkten Kunststoffen wie PS66 ist zwar ein Farbumschlag möglich, doch hängt dieser von der Farbe des Materials ab. „Kontrastreiche Farbumschläge lassen sich zum Beispiel auf schwarzem POM oder blauem PA gut realisieren“, erklärt Dennis Prahl. Gleiches gilt für dunkle, graue glasfaserverstärkte Kunststoffe und PPS. Allerdings sieht die Beschriftung auf glasfaserverstärkten Kunststoffen leicht körnig aus. Zu den nicht per Farbumschlag beschreibbaren Kunststoffen zählen PU, PP, PMMA, PTFE. Doch kann hier durch Zugabe von Additiven und Pigmenten das Absorptionsverhalten des Materials so verändert werden, dass ein Farbumschlag möglich wird. Denn nur wenn das Material genügend Laserlicht absorbiert, also aufnimmt und nicht reflektiert, entsteht eine gut sichtbare Markierung.    

Das Ergebnis einer Laserbeschriftung hängt also von verschiedenen Faktoren ab. Neben dem Material und dem eingesetzten Lasertypen spielen außerdem die Markierzeit und in diesem Zusammenhang die Produktionsgeschwindigkeit, der aufzubringende Inhalt und die Menge der zu kennzeichnenden Produkte eine Rolle. Außerdem gibt es in einigen Branchen wie dem Automotive-Bereich hohe Anforderungen an die Lesbarkeit von Datamatrixcodes. „Wir empfehlen unseren Kunden immer dasselbe Kamerasystem zu nutzen, wie es der jeweilige Endkunde einsetzt, da die Grading-Algorithmen der verschiedenen Lesegeräte im Markt und somit die Leseergebnisse voneinander abweichen können“, so Dennis Prahl. Handelt es sich etwa um eine Gravur, die aufgrund eines zu geringen Schattenwurfes nicht gut lesbar ist, hilft übrigens ein Trick: Eine sogenannte Dunkelfeldbeleuchtung von den Seiten provoziert einen größeren Schattenwurf, sodass die Gravur dann sehr gut lesbar ist. Richtig eingesetzt, erzeugen Laser auf Kunststoffen hochwertige und haltbare Markierungen. Um zu erfahren welcher Lasertyp und welche Beschriftungsart für ihre Anwendung optimal ist, sollten Interessenten sich beraten lassen. Um zu zeigen, wie eine Laserbeschriftung auf dem jeweiligen Kunststoff aussieht, bietet Bluhm Systeme zum Beispiel auch kostenfreie Bemusterungen an.

ak