Beschriften mit diodengepumptem Festkörperlaser. Dr. Birgit Faißt Leitung Applikation Markieren und Mikrobearbeitung TRUMPF Laser GmbH + Co.

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1 Beschriften mit diodengepumptem Festkörperlaser Rückverfolgbarkeit ein Garant für die Qualitätssicherung DataMatrix: kleiner Code großer Inhalt Ein Laserstrahl für alle Werkstoffe und Oberflächen Laserbeschriften im Tag-Nacht-Design Dr. Birgit Faißt Leitung Applikation Markieren und Mikrobearbeitung TRUMPF Laser GmbH + Co. KG

2 TRUMPF Gruppe Werkzeugmaschinen Lasertechnik Elektronik Elektrowerkzeuge Im Bereich der Fertigungstechnik bietet TRUMPF Werkzeugmaschinen für die flexible Blechbearbeitung zum Ausschneiden, Umformen und Biegen. TRUMPF ist Weltmarktund Technologieführer für Laser und Lasersysteme in der Fertigungstechnik. Wir stellen Hoch- und Mittelfrequenzgeneratoren für Oberflächentechnik, induktive Erwärmung und CO 2 -Laseranregung her. Medizintechnik TRUMPF fertigt Elektrowerkzeuge zum Trennen, Fügen und Formen. Das Geschäftsfeld umfasst Systemlösungen für den Operations- und Intensivbereich. A T E Technologietag TLS759ft 2

3 Lasertechnologie TRUMPF Gruppe CO 2 -Laser von 700 W bis W CO 2 -Laserschneidanlagen Modulare mehrachsige CO 2 -und Festkörperlaserbearbeitungssysteme Festkörperlaser von 40 W bis 6000 W Festkörperlaser-Bearbeitungsanlagen Beschriftungslaser und -systeme TRUMPF Laser GmbH + Co. KG TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH TRUMPF Laser Marking Systems AG TRUMPF Photonics Inc. A T E Technologietag TLS759ft 3

4 TRUMPF Laser Vertriebs-und Servicenetz Weltweite Präsenz der TRUMPF Gruppe Stammhaus Tochtergesellschaften Vertretungen A T E Technologietag TLS759ft 4

5 TRUMPF Laser GmbH + Co. KG Gegründet: 1972, seit 1992 Mitglied der TRUMPF Gruppe Produkte: Festkörperlaser zum Schweißen, Schneiden, Bohren und Beschriften Mitarbeiter: 630 Standort: Schramberg A T E Technologietag TLS759ft 5

6 Gründe für das Beschriften Werkstück- oder funktionsbezogene Kennzeichnung Kennzeichnung zur Gewährleistung durchgängiger Rückverfolgbarkeit Kennzeichnung als Imitationsschutz Designgebende Kennzeichnungen Rückverfolgbarkeit durch Codierung Identifikation: Kabel A T E Technologietag TLS759ft 6

7 Vorteile des Verfahrens Laserbeschriftung Berührungslose Bearbeitung, materialschonende Kennzeichnung Schwer zugängliche Stellen erreichbar (Vertiefungen oder gekrümmte Flächen) Große Materialvielfalt Kein Vor- und Nacharbeiten erforderlich Qualität, Dauerhaftigkeit und Reproduzierbarkeit Hohe Beschriftungsgeschwindigkeit Beliebige, auch sehr feine Geometrie Einfache Integration in automatische Fertigung Umweltfreundliches Verfahren Möglichkeit der Online-Einbindung, z. B. direkte Übernahme von Messdaten auf das Werkstück Laserbeschriftung von Motorschutzschaltern Meßwerte werden online in eine Skalierung umgewandelt A T E Technologietag TLS759ft 7

8 Verfahren Vektor-Beschriften Strahlaufweitung (Teleskop) Laser Strahlablenkung (2 Spiegel) Strahlfokussierung (Planfeldobjektiv) Beschriftungsfeld Werkstück Laser- Schraffur A T E Technologietag TLS759ft 8

9 Beschriftungssoftware Übernahme vorhandener Grafiken / Zeichnungen / Logos Erzeugung von Barcodes, DataMatrix-Codes und Seriennummern A T E Technologietag TLS759ft 9

10 Verfahren der Metallbeschriftung Gravur Anlassen Abtragen Laser Laser Laser A T E Technologietag TLS759ft 10

11 Verfahren der Kunststoffbeschriftung Gravur Verfärben Ausbleichen Aufschäumen Schichtabtrag Laser Laser Laser Laser A T E Technologietag TLS759ft 11

12 Absorptionsverhalten der Kunststoffe A [%] 100 Nd:YAG l = 355 nm Nd:YAG l = 532 nm Nd:YAG l = 1064 nm C0 -Laser 2 λ = 10,64 µm Matrix: Thermoplaste Duroplaste Elastomere Additive Pigmente Polymer- Matrix 0,1 0,5 1 Wellenlänge λ [µm] 10 UV IR Zusatzstoffe: Füllstoffe (z.b. Ruß) gefällte Kieselsäure Verarbeitungshilfsstoffe Additive lösliche organische Farbstoffe farbgebende und dispergierende Pigmente A T E Technologietag TLS759ft 12

13 Laserbeschriftbare Kunststoffe Gut beschriftbar ohne Additive Gut beschriftbar mit Additiven Ergebnisse ohne Additive abhängig von der Farbe des Materials Nicht beschriftbar ohne Laseradditiv ABS PS PES Polyester PC PPSU PI PETP PEI PE PU Polyolefine (PEHD, PP) PBT PBTP Styrol (SAN) PEEK UREA POM PPS ASA PA PVC PMMA PTFE A T E Technologietag TLS759ft 13

14 Kunststoffe beschriften: Gravieren Vorschubgeschwindigkeit: mm/s Gravurtiefe: µm Minimale Spurbreite: 30 µm Motorschutzschalter Mikroelektronische Bauelemente A T E Technologietag TLS759ft 14

15 Farbumschlag und Ausbleichen Einzelne Moleküle werden durch die Energie des Laserstrahls gezielt verändert und ändern dabei ihre optischen Eigenschaften Die Oberfläche bleibt nahezu unbeschädigt Schalterelement Regelgerät A T E Technologietag TLS759ft 15

16 Schäumen Bestimmte Kunststoffe Der Kunststoff schmilzt lokal Es entstehen kleine Gasbläschen, die beim Abkühlen im Material eingeschlossen werden Es entsteht eine erhabene Markierung Zündspule Luftdrucksensor A T E Technologietag TLS759ft 16

17 Abtragen einer Deckschicht Typische Prozeßparameter Ablenkgeschwindigkeit: mm/s Pulsfrequenz: > 15 khz Anzahl Überfahrten oft > 1 (Lackabtrag + Reinigen kein Material darf übrigbleiben!) Schichtdicken: µm Minimale Spurbreite: 30 µm Anforderungen an die Deckschicht: hoher Kontrast gutes Absorptionsvermögen sehr homogene Schichtdicke Anforderungen an das Basismaterial/Grundierung: lichtdurchlässig bei Tag-Nacht-Design unempfindlich auf die Laserwellenlänge Zylinderkopfdichtung A T E Technologietag TLS759ft 17

18 Speziell: Tag-Nacht-Design Anforderungen an das Lasergerät: hohe Strahlqualität für feinste Fokussierung und große Tiefenschärfe hohe Puls-zu-Puls-Stabilität Pulsfrequenz bis 100 khz hohe Prozessgeschwindigkeit Nd:YVO 4 -Laser Vectormark compact VMc5 Schaltkulisse Drehzahlmesser A T E Technologietag TLS759ft 18

19 Herausforderungen im Tag-Nacht-Design verschiedene Lacke: Wasserlack und Lösemittellack verschiedene Lackdicken verschiedene Oberflächen (z.b. Soft Touch) verschiedene Farben Mehrschichtaufbau Spurbreiten in Symbolen mit engen Toleranzen (5 µm) hohe Kantenschärfe (z.b. Pfeilspitzen) bei großem Beschriftungsfeld (bis Optikbrennweite 420 mm für 290 x 290 mm) höchste Anforderungen an Positioniergenauigkeit von Scanner und Anlage Leuchtdichtemessung bei Durchleuchtung möglichst direkt in-line kürzeste Beschriftungszeiten von < 2 s pro Symbol verschiedene Beschriftungsebenen in einem Bauteil A T E Technologietag TLS759ft 19

20 Rückverfolgbarkeit Traceability ist eine Eigenschaft eines Prozesses, der folgendes beinhaltet : Daten erstellen Daten codieren Daten schreiben Daten lesen Daten verwalten Daten archivieren A T E Technologietag TLS759ft 20

21 Vorteile des DataMatrix-Codes Geringster Platzbedarf / hohe Informationsdichte auf kleinster Fläche (z.b. 3 x 3 mm für 24 num. Zeichen) Geringer Kontrast ausreichend (lesbar ab 20 %) Darstellungsformen normal, invers; eckige oder runde Zellen Geringste Taktzeiten möglich - bis zu Faktor 6 schneller als Barcode (z.b. 3 x 3 mm mit 24 numerische Zeichen in Stahl in < 3 s / in Kunststoff < 1 s) Lesbar in jeder Winkellage (auch seitenverkehrt oder gespiegelt) Sehr hohe Lesesicherheit (Prüfziffernrechnung) Zerstörung bis 20 % des Codes möglich Die Wahrscheinlichkeit, daß ein auftretender Fehler nicht erkannt wird, liegt bei 1 zu 61 Millionen Bit. Genormt nach DIS (Draft International Standard) gleicher Inhalt A T E Technologietag TLS759ft 21

22 Komponenten des DataMatrix-Codes Solid Border Broken Border Data Storage 2 durchgezogene Linien 2 durchbrochene Linien Datenzellen typ. 0,2 0,3 mm Gitterausrichtungsbalken (bei großen Codes) Hellfelder als Ruhezone Quadratischer oder rechteckiger Code (Vorteil bei runden Bauteilen) A T E Technologietag TLS759ft 22

23 Charakterisierung des DataMatrix-Codes Auslesen der Codes - Kernpunkte der AIM (Automatic Identification Manufacturers) Bewertungen von A = sehr gut bis F = noch lesbar 1 Kontrast (Symbol Contrast) Differenz zw. hellen und dunklen Elementen 2 Zellengrösse (Print Growth) Differenz zw. tatsächlicher Grösse und Sollgrösse 3 Achsiale Unförmigkeit (Axial Nonuninformity) Verzerrung an den Seitenflächen der Zellen 4 Ungenutzte Fehlerkorrektur (Unused Error Correction) Ersetzen von fehlerhaften Zellen, z.b. aufgrund von inhomogenen Hintergrundflächen mit Poren Gesamtgüte (Overall Grade) Schlechtestes Ergebnis aus den Punkten 1 4 A T E Technologietag TLS759ft 23

24 Beispielauswertung A T E Technologietag TLS759ft 24

25 Materialoberflächen Metalle: Stahl, Titan, Aluminium, Nickel oder Kunststoffe Raue Oberflächen Dreh- oder Fräsriefen in der Oberfläche Glatte Oberflächen Glänzende Oberflächen Runde oder gekrümmte Flächen A T E Technologietag TLS759ft 25

26 Beschriftungslaser VectorMark compact LSK 4 Diodengepumpt Hohe Flexibilität Höchste Strahlqualität Hohe Bearbeitungsqualität Einfache Bedienbarkeit Hohe Prozesssicherheit Äußerst kompakte Bauweise Integrierte Kühlung gegen Luft Einfache Integrierbarkeit in Einbaukomponente VectorMark compact automatisierte Fertigungslinien Wellenlängen 1064 nm, 532 nm und 355 nm Telepräsenz A T E Technologietag TLS759ft 26

27 Doppelkopf Vergrößerung des Beschriftungsfelds Verdopplung der Beschriftungsgeschwindigkeit (bis zu 2800 Z/s bei Schrifthöhe 1 mm) Zwei Markierpositionen werden durch einen Laser bedient Simultane Markierung des gleichen Beschriftungsinhaltes auf zwei Beschriftungspositionen / Leistungsteilung 50% /50% Sequentielle Markierung Zeitoptimierung durch Beschriftung auf Station A, während Werkstückhandling auf Station B 2 versch. Beschriftungsinhalte auf 2 versch. Beschriftungspositionen auch mit 90 -Umlenkung A T E Technologietag TLS759ft 27

28 Marking on the fly Beschriften auf bewegtem Werkstück: Der Bewegung der Ablenkspiegel wird die Positionsänderung des zu markierenden Werkstücks überlagert Startsignalgeber A T E Technologietag TLS759ft 28

29 Laser-Beschriftungszelle LASERmark VLM 600 Streifenvorschub über geregelten Servo-Antrieb Durchsatz > 1000 Teile / Minute je nach Beschriftungsinhalt A T E Technologietag TLS759ft 29

30 Laserbeschriftungssystem / Arbeitsplatz LSK 1 VectorMark Workstation 800 R VectorMark Workstation 1200 A T E Technologietag TLS759ft 30

31 Applikationslabor Dienstleistungen Verfahrensentwicklung / -optimierung Erstellung Kundenmuster Vorführung und Beratung bei Kundenbesuch Applikationsunterstützung beim Kunden vor Ort Applikationsschulungen im Haus A T E Technologietag TLS759ft 31

32 Schulung Schulungen im Hause Bedienerschulung Serviceschulung Programmierschulung Spezielle Kundenschulung Schulungen beim Kunden Bedienerschulung Serviceschulung Spezielle Kundenschulung A T E Technologietag TLS759ft 32

33 Telepräsenz Funktionalität Fernübertragung aller Bedien- und Kontrolldaten des Lasers per Modem, dadurch Einsicht in mehrere hundert analoge Messwerte und Voreinstellungen Fehlerdiagnose im Störfall innerhalb von Minuten Fehlerbehebung ohne Servicetechniker vor Ort Kundenseitige Voraussetzungen geschultes Personal Verschleiss- und Ersatzteil-Bevorratung Weitere Möglichkeiten mit der Telepräsenz Prophylaktische Wartung Applikationsspezifische Programmanpassung Software-Update A T E Technologietag TLS759ft 33

34 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dr. Birgit Faißt TRUMPF Laser GmbH + Co. KG Schramberg Aichhalder Str. 39 Birgit.Angstenberger@de.trumpf-laser.com