Wie funktionieren 3D-Lasermarkierungsmaschinen?

Die 3D-Lasermarkierung stellt einen bedeutenden Fortschritt gegenüber herkömmlichen 2D-Systemen dar und ermöglicht eine präzise, ​​schnelle Markierung auf gekrümmten, unregelmäßigen und mehrstufigen Oberflächen, ohne den Fokus oder die Qualität zu beeinträchtigen. Im Gegensatz zur 2D-Markierung, die auf eine feste Fokusebene beschränkt ist, passt das 3D-System seinen Fokuspunkt in Echtzeit dynamisch an. Diese Fähigkeit macht es unerlässlich für Anwendungen in Branchen wie Automobil, Elektronik und Medizinprodukten, wo komplexe Teilegeometrien üblich sind.

Der grundlegende Unterschied in der Funktionsweise eines 3D-Lasermarkierers liegt in seiner Fähigkeit, die Brennweite des Laserstrahls zu steuern, was typischerweise mit einem dynamischen Fokussiersystem (oft als 3-Achsen-Galvo-Scanner oder Präzisionsfokussiersystem bezeichnet) erreicht wird.

Ein 3D-Lasermarkierungsmaschinensystem besteht aus mehreren entscheidenden Komponenten:

1. Laserquelle: Erzeugt den energiereichen Laserstrahl (z. B. Faser-, UV- oder CO2-Laser, je nach Material).
2. Galvanometer (Galvo)-Scanner: Dies ist der "Markierungskopf". Er enthält zwei Hochgeschwindigkeitsspiegel (X- und Y-Achse), die den Laserstrahl über das Arbeitsfeld lenken und das gewünschte Muster bilden.
3. Dynamischer Fokussierspiegel (Z-Achse): Dies ist die Komponente, die die 3D-Funktionalität ermöglicht. Es ist ein zusätzliches Spiegel- oder Linsensystem, das sich schnell entlang des Strahlengangs bewegen kann.
4. Steuerungssystem und Software: Das "Gehirn" der Maschine. Es verarbeitet die 3D-CAD-Konstruktionsdaten, berechnet die genauen X-, Y- und Z-Koordinaten für den gesamten Markierungspfad und steuert den Galvo-Scanner und den dynamischen Fokussierspiegel in perfekter Synchronisation.
5. F-Theta-Linse (Optional/Variiert): In einem 2D-System ist die F-Theta-Linse die letzte Fokussierlinse. In 3D-Systemen kann ihre Funktion integriert oder durch eine andere optische Anordnung ersetzt werden, um die dynamische Fokussierung und die größere Feldgröße zu berücksichtigen.

Der 3D-Markierungsprozess ist eine hochentwickelte Koordination von Hardware und Software:

1. 3D-Design und Dateneingabe: Die gewünschte Markierung (Logo, Seriennummer, Muster) wird erstellt oder in die Markierungssoftware geladen. Dieses Design enthält die X-, Y- und Z-Achsen-Informationen (Tiefe/Höhe) der Zieloberfläche.

2. Softwareberechnung: Die spezielle 3D-Software berechnet die Position des dynamischen Fokussierspiegels, die erforderlich ist, damit der Laserstrahl die Oberfläche am idealen Fokuspunkt für jeden einzelnen Punkt in der Markierungsdatei trifft.

3. Dynamische Fokuseinstellung: Während die X- und Y-Galvanometerspiegel den Laser schnell über die Oberfläche scannen, bewegt sich der Z-Achsen-Fokussierspiegel ständig, um einen perfekt fokussierten Laserpunkt aufrechtzuerhalten.

4. Markierungsreaktion: Der fokussierte, energiereiche Laserstrahl interagiert mit dem Material und erzeugt eine dauerhafte Markierung durch Prozesse wie Carbonisierung (Verdunkelung), Aufschäumen (Aufhellung/Anhebung der Oberfläche, üblich bei Kunststoffen), Gravieren (Materialabtrag) oder Anlassen (Farbänderung auf Metall).¹²

Die Fähigkeit, den Fokuspunkt in der Z-Achse zu steuern, bietet mehrere wesentliche Vorteile:

Im Wesentlichen bietet eine 3D-Lasermarkierungsmaschine die Flexibilität und Präzision, um Produkte nahezu jeder Form dauerhaft zu markieren, was für die moderne Fertigung mit immer komplizierteren Teilekonstruktionen von unschätzbarem Wert ist.