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
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 29.06.2006 TLS759ft 2
Lasertechnologie TRUMPF Gruppe CO 2 -Laser von 700 W bis 20000 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 29.06.2006 TLS759ft 3
TRUMPF Laser Vertriebs-und Servicenetz Weltweite Präsenz der TRUMPF Gruppe Stammhaus Tochtergesellschaften Vertretungen A T E Technologietag 29.06.2006 TLS759ft 4
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 29.06.2006 TLS759ft 5
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 29.06.2006 TLS759ft 6
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 29.06.2006 TLS759ft 7
Verfahren Vektor-Beschriften Strahlaufweitung (Teleskop) Laser Strahlablenkung (2 Spiegel) Strahlfokussierung (Planfeldobjektiv) Beschriftungsfeld Werkstück Laser- Schraffur A T E Technologietag 29.06.2006 TLS759ft 8
Beschriftungssoftware Übernahme vorhandener Grafiken / Zeichnungen / Logos Erzeugung von Barcodes, DataMatrix-Codes und Seriennummern A T E Technologietag 29.06.2006 TLS759ft 9
Verfahren der Metallbeschriftung Gravur Anlassen Abtragen Laser Laser Laser A T E Technologietag 29.06.2006 TLS759ft 10
Verfahren der Kunststoffbeschriftung Gravur Verfärben Ausbleichen Aufschäumen Schichtabtrag Laser Laser Laser Laser A T E Technologietag 29.06.2006 TLS759ft 11
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 80 60 40 20 0 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 29.06.2006 TLS759ft 12
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 29.06.2006 TLS759ft 13
Kunststoffe beschriften: Gravieren Vorschubgeschwindigkeit: 500...1000 mm/s Gravurtiefe: 5... 10 µm Minimale Spurbreite: 30 µm Motorschutzschalter Mikroelektronische Bauelemente A T E Technologietag 29.06.2006 TLS759ft 14
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 29.06.2006 TLS759ft 15
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 29.06.2006 TLS759ft 16
Abtragen einer Deckschicht Typische Prozeßparameter Ablenkgeschwindigkeit: 400... 2000 mm/s Pulsfrequenz: > 15 khz Anzahl Überfahrten oft > 1 (Lackabtrag + Reinigen kein Material darf übrigbleiben!) Schichtdicken: 10...60 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 29.06.2006 TLS759ft 17
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 29.06.2006 TLS759ft 18
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 29.06.2006 TLS759ft 19
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 29.06.2006 TLS759ft 20
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 16022 (Draft International Standard) gleicher Inhalt A T E Technologietag 29.06.2006 TLS759ft 21
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 29.06.2006 TLS759ft 22
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 29.06.2006 TLS759ft 23
Beispielauswertung A T E Technologietag 29.06.2006 TLS759ft 24
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 29.06.2006 TLS759ft 25
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 29.06.2006 TLS759ft 26
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 29.06.2006 TLS759ft 27
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 29.06.2006 TLS759ft 28
Laser-Beschriftungszelle LASERmark VLM 600 Streifenvorschub über geregelten Servo-Antrieb Durchsatz > 1000 Teile / Minute je nach Beschriftungsinhalt A T E Technologietag 29.06.2006 TLS759ft 29
Laserbeschriftungssystem / Arbeitsplatz LSK 1 VectorMark Workstation 800 R VectorMark Workstation 1200 A T E Technologietag 29.06.2006 TLS759ft 30
Applikationslabor Dienstleistungen Verfahrensentwicklung / -optimierung Erstellung Kundenmuster Vorführung und Beratung bei Kundenbesuch Applikationsunterstützung beim Kunden vor Ort Applikationsschulungen im Haus A T E Technologietag 29.06.2006 TLS759ft 31
Schulung Schulungen im Hause Bedienerschulung Serviceschulung Programmierschulung Spezielle Kundenschulung Schulungen beim Kunden Bedienerschulung Serviceschulung Spezielle Kundenschulung A T E Technologietag 29.06.2006 TLS759ft 32
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 29.06.2006 TLS759ft 33
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dr. Birgit Faißt TRUMPF Laser GmbH + Co. KG 78713 Schramberg Aichhalder Str. 39 Birgit.Angstenberger@de.trumpf-laser.com