Wie Farbmittel und Pigmente die Ergebnisse der Laserbeschriftung verändern

Wie Farbmittel und Pigmente die Ergebnisse der Laserbeschriftung verändern

Das Wichtigste in Kürze

• Das Farbmittel entscheidet häufig über die Beschriftung, mehr als das Basispolymer.
• Ruß absorbiert bei 1064 nm stark, weshalb sich schwarze Sorten oft ganz ohne Additiv beschriften lassen.
• Manche organischen Pigmente bleichen unter dem Strahl aus oder verschieben ihre Farbe und erzeugen Beschriftungen, die niemand spezifiziert hat.
• Jede Farbe ist eine eigene Qualifizierung. Eine an einer Farbe einer Sorte bewährte Rezeptur lässt sich nicht auf eine andere übertragen.

Fragt man, warum eine Laserbeschriftung fehlgeschlagen ist, lautet die übliche Antwort: das Polymer. Fragt man, was sich zwischen der funktionierenden Probe und dem nicht funktionierenden Serienlauf tatsächlich geändert hat, lautet die Antwort weit häufiger: die Farbe. Farbmittel sind in geringen Anteilen enthalten und werden in Beschriftungsspezifikationen selten behandelt, bestimmen aber regelmäßig das Ergebnis.

Drei Wege, wie ein Farbmittel das Ergebnis verändert

Der dritte Mechanismus überrascht die Leute am meisten. Üblicherweise erwartet man, dass eine Beschriftung das Substrat abdunkelt oder aufhellt; zersetzt sich das Pigment selbst, bestimmt das, was aus dem Pigment wird, die Beschriftungsfarbe, und das kann beides nicht sein.

Verhalten nach Farbmitteltyp

• Ruß. Ein starker Absorber bei 1064 nm, schon bei geringem Anteil. Schwarze Sorten lassen sich daher häufig ohne Laseradditiv beschriften; das lohnt sich zu prüfen, bevor eines spezifiziert wird. Die Schwierigkeit bei Schwarz ist die umgekehrte: eine helle Beschriftung zu erzeugen, was Schäumen und meist eine MOPA-Quelle erfordert.
• Titandioxid (Weiß). Hochgradig deckend und streuend. Es liefert einen hervorragenden Hintergrundkontrast für eine dunkle Beschriftung, reflektiert und streut aber den Strahl, sodass mehr Energie nötig sein kann, um die Beschriftungsschwelle zu erreichen. Hohe TiO2-Anteile können eine Sorte trotz des attraktiven Kontrasts schwerer beschriftbar machen.
• Anorganische Pigmente: Eisenoxide, Ultramarin, Mischmetalloxide. Im Allgemeinen thermisch stabil, überstehen sie den Beschriftungsvorgang und verhalten sich vorhersehbar. Viele absorbieren nutzbar.
• Organische Pigmente und Farbstoffe. Die am wenigsten vorhersehbare Gruppe. Viele zersetzen sich bei Beschriftungstemperaturen, bleichen zu einem helleren Ton aus oder verschieben den Farbton. Das lässt sich gezielt nutzen, führt aber weit öfter zu einem unerwünschten Ergebnis bei einer Farbe, die nach Optik statt nach Verarbeitbarkeit gewählt wurde.
• Perlglanz- und Effektpigmente. Effekte auf Glimmerbasis streuen Licht und reagieren zugleich auf den Strahl; sie stören die Kontrastmessung, weil sich der Messwert mit dem Blickwinkel ändert.
• Fluoreszierende Farbmittel. Häufig wärmeempfindlich; die Fluoreszenz kann in und um die Beschriftung verloren gehen und einen sichtbaren Hof weit über das vorgesehene Merkmal hinaus hinterlassen.

Warum jede Farbe eine eigene Qualifizierung braucht

Häufig wird eine Beschriftungsrezeptur an einer Farbe einer Sorte qualifiziert und für die ganze Farbfamilie freigegeben. Diese Praxis führt zuverlässig zu Problemen, denn das Pigmentpaket unterscheidet sich von Farbe zu Farbe in Anteil, Chemie und thermischer Stabilität. Eine für eine naturfarbene Sorte abgestimmte Rezeptur ergibt, auf eine blaue angewendet, eine schwache Beschriftung; für Schwarz abgestimmt und auf Weiß angewendet, verbrennt sie.

So sieht ein vertretbares Vorgehen aus:

• Farbe als Teil der Werkstoffspezifikation behandeln, nicht als kosmetische Variante. Die Beschriftungsrezeptur wird gegen Sorte und Farbe qualifiziert.
• Jede Serienfarbe mit einer Leistungs-Geschwindigkeits-Matrix prüfen und L* messen, statt nach Augenmaß zu urteilen.
• Pro Farbe eine eigene Rezeptur hinterlegen und abrufen, statt beim Wechsel von Hand nachzujustieren.
• Den Farbstandard bei vorhandenem Laseradditiv neu abgleichen. Eine am unmodifizierten Harz freigegebene Farbe hält nicht mehr, sobald ein Absorber eincompoundiert ist.
• Farbmittelwechsel als Anlass zur Requalifizierung festlegen, einschließlich eines Wechsels des Pigmentlieferanten bei nominell gleicher Farbe.

Ein farbbedingtes Beschriftungsproblem diagnostizieren

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Häufig gestellte Fragen

Warum lässt sich dasselbe Harz in verschiedenen Farben unterschiedlich beschriften?

Weil sich das Pigmentpaket von Farbe zu Farbe in Anteil, Chemie und thermischer Stabilität unterscheidet und Pigmente direkt mit dem Strahl wechselwirken. Ruß absorbiert stark, Titandioxid streut, und viele organische Pigmente zersetzen sich bei Beschriftungstemperaturen. Das Basispolymer ist identisch; womit der Laser tatsächlich wechselwirkt, ist es nicht.

Benötigen schwarze Kunststoffe ein Laseradditiv?

Oft nicht. Ruß ist bei 1064 nm schon bei geringem Anteil ein starker Absorber, sodass sich schwarze Sorten häufig ganz ohne Additiv gut beschriften lassen; das lohnt sich zu prüfen, bevor man für eines zahlt. Das schwierigere Problem bei Schwarz ist eine helle Beschriftung, die Schäumen statt Karbonisierung und meist eine MOPA-Quelle mit kurzer Pulsbreite erfordert.

Lässt sich eine Beschriftungsrezeptur auf Farben derselben Sorte übertragen?

Das sollte sie nicht. Die Qualifizierung an einer Farbe und die Freigabe für die ganze Familie sind gängige Praxis und eine zuverlässige Quelle von Produktionsproblemen, denn eine für Schwarz abgestimmte Rezeptur verbrennt Weiß, und eine für Natur abgestimmte beschriftet eine pigmentierte Sorte kaum. Hinterlegen und rufen Sie pro Farbe eine eigene Rezeptur ab, und behandeln Sie einen Farbmittelwechsel, auch einen Lieferantenwechsel bei nominell gleicher Farbe, als Anlass zur Requalifizierung.

Warum ist meine Beschriftung in einer völlig falschen Farbe entstanden?

Höchstwahrscheinlich zersetzt sich ein organisches Pigment unter dem Strahl, statt dass das Polymer abgebaut wird. Die Beschriftungsfarbe bestimmt dann, was aus dem Pigment wird: heller, ein anderer Farbton oder schlicht unvorhersehbar. Wo die Farbe es zulässt, löst der Ersatz durch ein thermisch stabiles anorganisches Pigment das Problem; wo nicht, muss die Beschriftungsenergie so weit reduziert werden, dass das Pigment intakt bleibt.

Wie sollte der Kontrast bei einer Perlglanz- oder Metalleffektsorte gemessen werden?

Mit festgelegter und im Prüfverfahren genannter Messgeometrie, denn Effektpigmente verändern ihr Erscheinungsbild mit Blickwinkel und Beleuchtung. Ohne sie erhalten Lieferant und Kunde zu Recht unterschiedliche Messwerte am selben Teil. Legen Sie die Geometrie fest, bevor Sie eine Toleranz vereinbaren, nicht nach dem ersten Streitfall.

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