Laserbeschriftung auf strukturierten und matten Spritzgussoberflächen

Laserbeschriftung auf strukturierten und matten Spritzgussoberflächen

Das Wichtigste in Kürze

• Textur streut Licht; dieselbe Beschriftung erscheint auf einer genarbten Oberfläche daher kontrastärmer als auf Hochglanz.
• Die Werkzeugoberfläche ist eine Beschriftungsvariable, wird aber selten als solche dokumentiert.
• Die Messgeometrie ist hier wichtiger als anderswo, denn die Messwerte verschieben sich mit dem Winkel.
• Qualifizieren Sie an der Werkzeugoberfläche der Serie, niemals an einer polierten Prüfplatte.

Die meiste Entwicklungsarbeit zur Laserbeschriftung findet an glatten Spritzgussplatten statt. Die meisten Serienteile sind aber nicht glatt: Automobilinnenräume, Haushaltsgerätegehäuse, Handgeräte und Medizingehäuse sind überwiegend genarbt, matt oder leicht strukturiert, weil Textur Spritzfehler kaschiert und Griffigkeit und Optik verbessert. Eine auf Hochglanz qualifizierte und auf ein genarbtes Teil übertragene Rezeptur enttäuscht regelmäßig, obwohl sich am Werkstoff nichts geändert hat.

Warum Textur den scheinbaren Kontrast senkt

Kontrast bei einer Laserbeschriftung ist ein Unterschied darin, wie Licht zum Auge oder zum Lesegerät zurückkehrt. Eine Hochglanzoberfläche reflektiert gerichtet, das Licht trifft in vorhersehbarer Richtung ein und verlässt sie in ebensolcher, sodass sich eine lichtabsorbierende, karbonisierte Beschriftung scharf von ihr abhebt.

Eine strukturierte Oberfläche streut das Licht diffus in alle Richtungen. Der unbeschriftete Bereich gibt das Licht bereits so zurück wie die Beschriftung, und der Unterschied zwischen beiden schrumpft. Daraus folgen drei Konsequenzen:

• Der gemessene Kontrast sinkt, obwohl die Beschriftung selbst chemisch identisch ist.
• Die Beschriftung wird weniger winkelabhängig, was mitunter ein Vorteil ist: Eine genarbte Oberfläche liest sich aus verschiedenen Blickrichtungen gleichmäßiger.
• Feine Merkmale verlieren an Schärfe, weil die Texturtiefe bei kleinen Codes einen erheblichen Bruchteil der Merkmalsgröße ausmacht.

Wie sich verschiedene Oberflächen verhalten

Die Lösung mit der glatten Fläche

Die zuverlässigste Antwort auf einen Code, der sich auf einer genarbten Oberfläche nicht bewerten lässt, ist gar kein Laserparameter. Es ist eine kleine polierte oder leicht strukturierte Fläche, die an der Beschriftungsstelle im Werkzeug vorgesehen wird, typischerweise eine flache erhabene oder vertiefte Insel, einige Millimeter größer als der Code.

Das kostet keine Zykluszeit, ist in den meisten Konstruktionen unsichtbar und macht aus einem unzuverlässigen Beschriftungsvorgang einen routinemäßigen. Sie muss jedoch bei der Werkzeugkonstruktion vereinbart werden, das heißt, die Beschriftungsanforderung muss bekannt sein, bevor das Werkzeug geschnitten wird. Das ist häufig das eigentliche Hindernis, da die Beschriftung oft erst nach der Werkzeugfreigabe spezifiziert wird.

Beschriftungen auf Textur spezifizieren und messen

• Halten Sie die Werkzeugoberfläche in der Beschriftungsspezifikation fest. Eine Texturbezeichnung gehört ebenso zur Beschriftungsbedingung wie Harz und Farbe, wird aber fast nie erfasst.
• An der Werkzeugoberfläche der Serie qualifizieren. Eine polierte Platte überschätzt den erzielbaren Kontrast, teils erheblich.
• Beleuchtungsgeometrie und Winkel im Prüfverfahren festlegen. Textur macht Messwerte winkelabhängig; Lieferant und Kunde, die dasselbe Teil mit unterschiedlichem Aufbau messen, kommen daher zu Recht zu abweichenden Ergebnissen.
• Die Kontrasttoleranz an strukturierten Mustern festlegen, nicht anhand eines generischen ΔL*-Werts, der auf Hochglanz ermittelt wurde.
• Maschinenlesbare Codes nach ISO/IEC 15415 auf der strukturierten Oberfläche bewerten und die Beleuchtung des Lesegeräts an der Linie an den Qualifizierungsaufbau angleichen.
• Erst die Zellgröße erhöhen, dann die Energie. Mehr Leistung auf einer strukturierten Oberfläche vergrößert die Wärmeeinflusszone und verwischt Zellkanten, was die Bewertung meist senkt statt hebt.

Wenn die Textur selbst die Beschriftung ist

Textur ist nicht nur ein Hindernis. Das Laserätzen verändert gezielt die Oberflächenbeschaffenheit statt der Farbe und ist damit die naheliegende Wahl bei Teilen, bei denen ein Farbumschlag nicht möglich oder nicht erwünscht ist:

• Glanz mit Matt beschriften. Auf einem Hochglanz-Spritzteil hebt sich ein lokal geätzter matter Bereich klar ab, ganz ohne Farbmittel; nützlich bei klaren und hellen Teilen, die sich nicht brauchbar karbonisieren lassen.
• Matt mit Glanz beschriften. Auch der umgekehrte Weg funktioniert bei manchen Werkstoffen, wenn lokales Aufschmelzen eine genarbte Oberfläche zu einer glänzenderen glättet.
• Funktionale Textur. Blendschutzflächen, taktile Anzeigen und Griffzonen sind allesamt Textur, die zweckgebunden und nicht für die Lesbarkeit aufgebracht wird.

Beide Ansätze sind zur Sichtbarkeit auf Beleuchtung angewiesen, also genau auf die oben beschriebene Empfindlichkeit. Muss eine texturbasierte Beschriftung maschinell gelesen werden, ist die Beleuchtungsgeometrie parallel dazu zu entwerfen und nicht vorauszusetzen.

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Häufig gestellte Fragen

Warum wirkt dieselbe Beschriftung auf einem strukturierten Teil schwächer als auf einer Platte?

Weil Textur das Licht diffus streut; die unbeschriftete Oberfläche gibt das Licht dadurch ähnlich zurück wie die Beschriftung, und der Unterschied zwischen beiden schrumpft. Die Beschriftung selbst ist chemisch identisch; verändert hat sich, wie die Oberfläche um sie herum reflektiert. Deshalb überschätzt die Qualifizierung an einer polierten Platte den Kontrast, der auf einem genarbten Serienteil erzielbar ist.

Sollte ich die Leistung erhöhen, um die Textur auszugleichen?

Nein. Mehr Energie vergrößert die Wärmeeinflusszone und verwischt Merkmalskanten, was die Codebewertung meist senkt statt hebt. Vergrößern Sie stattdessen die Zellgröße des Codes oder verlegen Sie ihn auf eine glatte Fläche. Ist eine dunkle Beschriftung grenzwertig, lohnt sich der Test einer hellen geschäumten Beschriftung, denn Schaum streut stark und kann sich vor Textur besser abheben als eine karbonisierte Beschriftung.

Was ist eine glatte Fläche und wann sollte man sie einsetzen?

Eine kleine polierte oder leicht strukturierte Insel, die an der Beschriftungsstelle im Werkzeug vorgesehen wird und einige Millimeter größer ist als der Code. Sie macht aus einem unzuverlässigen Beschriftungsvorgang auf grober Narbung einen routinemäßigen, ohne Zykluszeitkosten und meist unsichtbar. Die Einschränkung: Sie muss vereinbart werden, bevor das Werkzeug geschnitten wird, die Beschriftungsanforderung muss also bei der Werkzeugkonstruktion bekannt sein.

Warum erhalten Lieferant und Kunde bei strukturierten Teilen unterschiedliche Kontrastwerte?

Wegen unterschiedlicher Beleuchtungsgeometrie. Textur macht Kontrastmessungen stark winkelabhängig; zwei unterschiedlich aufgebaute Messgeräte liefern daher zu Recht verschiedene Werte für dasselbe Teil. Legen Sie Beleuchtungswinkel, Blende und Geometrie im Prüfverfahren fest, bevor Sie eine Toleranz vereinbaren, und gleichen Sie das Lesegerät an der Linie an denselben Aufbau an.

Gehört die Werkzeugoberfläche in eine Beschriftungsspezifikation?

Ja, und sie wird fast immer weggelassen. Die Texturbezeichnung gehört ebenso zur Beschriftungsbedingung wie Harzsorte und Farbe, da sie den erzielbaren Kontrast erheblich verändert. Eine Spezifikation, die Harz und Farbe nennt, aber nicht die Oberfläche, lässt eine von drei Variablen aus, die darüber entscheiden, ob die Beschriftung besteht.

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