Laseradditive, lasersensible Additive
Laseradditive für Kunststoffe – Industrielle Laser
Laseradditive und Farbmittel-Compounds für Kunststoffe von The Sabreen Group optimieren den Prozess der Laserbeschriftung und -gravur auf Kunststoffmaterialien, machen ihn umweltfreundlicher und eignen sich ideal als Ersatz für teure Etiketten und Tintendruckverfahren. Lasersensible Additive erhöhen nicht nur die Beschriftungsqualität, sondern erzeugen auch chemikalien- und kratzbeständige Markierungen und verbessern den Materialfluss. Jüngste Durchbrüche in der Farbmitteltechnologie, wie laserspezifische Industrieruße und Titandioxide sowie Schäumungsmittel, sorgen für überlegene Kontrastqualität, feine Kantenschärfe, individuelle Farben und höchste Geschwindigkeit, einschließlich der Beschriftung „on-the-fly“. Industrielle Nanosekunden-MOPA-Ytterbium-Faserlaser eignen sich ideal zur Beschriftung von Kunststoffen aufgrund ihrer Fähigkeit, kurze Pulsbreiten-Wellenformen zu erzeugen.
Laseradditive und Farbmittel steigern die Produktionsgeschwindigkeit und sparen Kosten
- Überlegene Beschriftungsqualität, abrieb- und kratzbeständig
- Robuste Lesbarkeit von Codes für die industrielle Bildverarbeitung
- Six-Sigma-Prozesskontrolle
Eine Laser-Farbmittelmatrix enthält spezielle Additive, Pigmente, Farbstoffe, ausgewählte Industrieruße, Titandioxid und Anti-Kratz-Mittel in geringer Dosierung. Angeboten werden vorcompoundierte Materialien, Farbkonzentrate und Flüssigfarben. Es besteht keinerlei Einfluss auf die Polymereigenschaften, und aufgrund branchenüblich zugelassener Rezepturen ist keine erneute Zertifizierung erforderlich. Yellow-Card-Zertifizierung. Laseradditive, Compounds und Farbmittel entsprechen FDA, UL, NEMA und RoHS.
Laseroptimierte Kunststoffe im Vergleich zu herkömmlichen Kunststoffen
Nicht alle „laseroptimierten“ Materialien erfordern den Einsatz zusätzlicher Chemikalien, die manchmal als lasersensible Additive bezeichnet werden.
Bei der Beschriftung herkömmlicher Bauteile besteht ein häufiges Problem in hohen Konzentrationen von Farbmitteln, wie z. B. Industrieruß, die den Beschriftungskontrast beeinträchtigen. Experten passen die Konzentrationen an, um innerhalb kritischer Grenzwerte zu bleiben, und nehmen zugleich abschließende Farbanpassungen vor, um eine farbliche Übereinstimmung je nach Laserwellenlänge sicherzustellen – Nahinfrarot 1060–1070 nm, Grün 532 nm oder UV 355 nm. In diesen Fällen behalten die Produkte ihre Branchenzertifizierungen. Laseradditive sind nicht in jeder Anwendung für eine bessere Beschriftungsqualität erforderlich. Reicht die Modifikation herkömmlicher Kunststoffe zur Verbesserung der Beschriftung nicht aus, kommen lasersensible, in eine Farbmittelmatrix eingebundene Additive zum Einsatz. Entgegen weit verbreiteter Annahme kann kein einzelnes Additiv alle Beschriftungsprobleme lösen. Einzeladditive liegen häufig in Pulverform vor, was die Handhabung erschwert und das Erzielen gleichmäßiger Ergebnisse behindert.
Mechanismen der Laserbeschriftung an Polymeroberflächen
Die gängigsten Lasertypen zur Beschriftung und Gravur von Kunststoffen sind Ytterbium-Faserlaser, Vanadat-, DPSS- und YAG-Laser, die im Nah-IR-Bereich (1060–1070 nm) arbeiten. Den meisten Polymeren fehlen jedoch Absorptionseigenschaften bei 1060–1070 nm; daher setzen Experten aus Polymerwissenschaft und Laserphysik Additive, Füllstoffe, Pigmente und Farbstoffe ein, die die Laserenergieabsorption für lokale Farbänderungen, thermische Karbonisierung und chemisches Schäumen erhöhen. Bei sachgemäßer Formulierung haben Laseradditive, Compounds und Farbmittel keinerlei nachteiligen Einfluss auf die Polymereigenschaften, erfüllen Anforderungen wie UL, NEMA, FDA, RoHS und Yellow Card und erfordern keine erneute Zertifizierung. Die chemische Zusammensetzung laseroptimierter Formulierungen wird von mehreren Faktoren beeinflusst, darunter Polymertyp und -farbe, Beschriftungskontrastfarbe, Art des Oberflächenreaktionsmechanismus und Laserwellenlänge.
Vier unterschiedliche Oberflächenmechanismen bei Kunststoffen erzeugen je nach Substratfarbe unterschiedliche Grade an Beschriftungskontrast – helle, dunkle und individuelle Farben. Diese Oberflächenreaktionen lassen sich durch Anpassung der Laserbeschriftungsparameter und des optischen Aufbaus weiter optimieren, etwa Pulsbreite, Punktgröße, Kollimation, Leistungsdichte, Fokustiefe und weitere Parameter. Durch gezielte Steuerung der Laserquelle sowie des Temperaturanstiegs und -abfalls an der Polymeroberfläche werden die robustesten Beschriftungsergebnisse erzielt.
- Karbonisierung („Verkohlung“). Die Verkohlungsreaktion tritt auf, wenn die absorbierte Energie die lokale Temperatur des Materials rund um die Absorptionsstelle so weit erhöht, dass das Polymer thermisch abgebaut wird. In Anwesenheit von Sauerstoff verbrennt das Polymer; im Inneren des Werkstücks jedoch führt der Sauerstoffmangel dazu, dass das Polymer verkohlt und eine schwarze Markierung bildet. Die Schwärze der Markierung wird sowohl von der absorbierten Energiemenge als auch vom thermischen Abbauverlauf des Materials bestimmt.
- Chemische Veränderung („Schäumen“). Die Zugabe von Additiven, die beim Abbau Dampf freisetzen, bringt das Polymer zum Schäumen. Beim Schäumungsprozess wird die Laserenergie von einem Additiv absorbiert, das sich in unmittelbarer Nähe des Schäumungsmittels befindet. Die vom Absorber erzeugte Wärme lässt das Schäumungsmittel zersetzen und Dampf freisetzen. Zu den Schäumungsmitteln zählen Aluminiumhydroxid und verschiedene Carbonate. Um eine Verkohlung zu vermeiden, muss sich das Polymer bei diesem Mechanismus bei einer höheren Temperatur zersetzen als das Schäumungsadditiv. Durch sorgfältige Steuerung der Laserbetriebsparameter lassen sich hochwertige, helle, kontrastreiche Markierungen auf dunklen Substraten erzielen. Eine unzureichende Lasersteuerung kann zu einer brüchigen oder kontrastarmen Markierung führen.
- Farbänderung durch Abbau. Eine Farbänderung tritt auf, wenn die Laserenergie ein Farbmittel in einer Farbmittelmischung abbaut und dadurch eine Farbveränderung bewirkt. Ein Beispiel ist Industrieruß, gemischt mit einem stabilen anorganischen Farbmittel. Beim Erhitzen verdampft der Industrieruß und hinterlässt das anorganische Farbmittel.
- Ablation tritt auf, wenn das Polymer ausreichend erhitzt wird, um einen Abbau und die Verdampfung der Abbauprodukte zu bewirken, wodurch ein geätzter Bereich entsteht. Dieser Mechanismus erzeugt kontrastarme Gravuren. Zum Vergleich: Dauerstrich-CO₂-Laser (continuous wave, CW) arbeiten mit einer Wellenlänge von 10,6 µm (fernes Infrarotspektrum). CW-CO₂-Laser erzeugen vergleichsweise deutlich geringere Spitzenleistung und können in der Regel keine kontrastreichen Markierungen auf Kunststoffen erzeugen.
Nicht alle Kunststoffe und Laser erzeugen identische Markierungen!
Viele bekannte Industrieprodukte hätten ohne den Einsatz von Industrielasern und die fortschrittlichen laserbeschriftbaren Compound-Lösungen von SABREEN nicht kostengünstig hergestellt werden können. Von funktionalen und dekorativen dauerhaften Markierungen bis hin zu Fälschungsschutz und Produktsicherheit sparen laserbeschriftbare Masterbatch-Compounds Kosten und verbessern gleichzeitig Beschriftungsqualität und -geschwindigkeit. Angesichts der Vielzahl unklarer Begriffe im Internet, wie „Kaltlaserbeschriftung“ und „Hybridlaser“, sowie des Wettbewerbs unter Anbietern und Herstellern von Billig-Laseranlagen sollten Sie sich nicht von herstellerorientierten Verkäufern vorschreiben lassen, welchen Lasertyp Sie aus deren Angebot kaufen sollen – sie sind keine Experten für Polymere und Farbmittel.
Kontaktieren Sie The Sabreen Group, um zu erfahren, wie unsere fortschrittlichen Lösungen zur Laserbeschriftung von Kunststoffen und präzisen Laserkonfigurationseinstellungen – einschließlich der wirksamsten Laserwellenlängenquelle – Ihrem Unternehmen einen Wettbewerbsvorteil verschaffen können.
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Scott Sabreen — Präsident und Chefingenieur, über 30 Jahre Erfahrung. Kontaktieren Sie uns noch heute, um Ihre Anwendung und die Lösungen von SABREEN unverbindlich und kostenlos zu besprechen. Bringen Sie uns Ihre schwierigsten Herausforderungen.
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