Nachbehandlung von Aluminiumoxidoberflächen durch Lasermarkierung und -gravur.

Eine der modernsten Möglichkeiten zur Kennzeichnung von Metallteilen ist die Lasergravur, die in vielen Bereichen eingesetzt wird, um gefertigte Teile zur leichteren Identifizierung zu kennzeichnen. Die meisten Kunden des Unternehmens wünschen eine spezielle Kennzeichnung der von ihnen bestellten Teile, wobei in der Regel lediglich eine Artikelnummer/Zeichnungsnummer, ein Barcode und/oder ein QR-Code sowie ggf. das Firmenlogo des Herstellers erforderlich sind. Der Zweck des Verfahrens besteht darin, sicherzustellen, dass im Falle einer möglichen Qualitätsbeanstandung auch Monate oder Jahre nach der Herstellung/Installation des Produkts noch festgestellt werden kann, von wem und wann es hergestellt wurde. In vielen Fällen wird das Produkt nach der Produktion ins Lager des Kunden geliefert und erst später installiert, wobei es auch hier zu Maßabweichungen und anderen Fehlern kommen kann.

Neben der Produktkennzeichnung sind auch andere Gravuraufgaben typisch, z. B.: Gravieren von Noniusskalen auf flachen und zylindrischen Oberflächen, grafische Markierung von Dekorationsgegenständen, Entfernen von Korrosion von Stahloberflächen usw.

Die Qualität der Lasermarkierung kann durch die Feinabstimmung einer Reihe von Parametern gesteuert werden. Dabei kommt es in erster Linie auf die Beschaffenheit des zu gravierenden Materials an, unterschiedliche Einstellungen werden ggf. für Stahl, Aluminium, eloxiertes Aluminium, sonstige Nichteisenmetalle, Kunststoffe, Glas etc. verwendet.

Die einzustellenden Parameter:

• Häufigkeit
• Impulsbreite
• Geschwindigkeit
• Leistung
• Schlupfverzögerung

Das Unternehmen führte die Untersuchung an einem TowerMark LX durch, einer industriellen, leistungsstarken, äußerst vielseitigen und konfigurierbaren Lasergravurmaschine.
Die Anlage kann mit unterschiedlichen Laserquellen (CO2, FIBER, FLYAIR, FLYAIR GREEN, GREEN FIBER, UV) ausgestattet werden, in diesem Fall wurde ein Faserlaser verwendet.

Es bietet einen großen Arbeitsraum im Verhältnis zur tatsächlich von der Maschine belegten Fläche und funktioniert dennoch als eigenständige Einheit, sodass je nach Bedarf verschiedene Zubehörteile in die Einheit eingebaut werden können.

Die Arbeitsfläche misst 950 mm x 530 mm und besteht aus wärmebehandeltem, eloxiertem, kratzfestem Aluminium. Die Oberfläche ist perforiert, um die Positionierung des Werkstücks zu erleichtern und den Vormarkierungsprozess zu beschleunigen.

Das Hauptmerkmal des TowerMark LX besteht darin, dass er ein innovatives System bietet, bei dem sich der Laser entlang der X- und Z-Achse bewegt, wodurch die Markierung einzelner Werkstücke unterschiedlicher Größe und, was noch wichtiger ist, die Verwendung von Paletten mit einer Länge von bis zu 600 mm x 170 mm ermöglicht wird. Das System erledigt dies alles auf eine Weise, die den Arbeitsbereich der Markiermaschine überhaupt nicht behindert und den gesamten verfügbaren Platz ausnutzt.

Die Steuerung der X- und Z-Achse kann vollständig mit der FlyCAD-Markierungssoftware erfolgen. Motoren mit eingebauten Encodern können auch über einen Joystick gesteuert werden, was eine sofortige Fokussierung mithilfe der SmartFocus-Technologie ermöglicht. Der Bediener kann schnell die richtige Position für eine perfekte Markierung finden, sowohl auf ebenen Flächen als auch insbesondere auf Flächen mit komplexer Geometrie. Die Tür, die über ein großes Sichtfenster verfügt und so eine hervorragende Sicht auf den Markierbereich ermöglicht, ist pneumatisch betätigbar.
Der Arbeitsbereich verfügt zudem über eine Drehachse zum Markieren zylindrischer Werkstücke.

Die wichtigsten Parameter der Maschine:

• Sichtbares Laserleitlicht zur Positionierung und Simulation des Gravurvorgangs
• Intelligenter Autofokus
• 250 mm elektrischer Tischhub
• Front- und Seitenmaterialbeladung (auch für mehrere Meter Fasermaterial)
• Grafisches Benutzerprogramm LaserStyle auf Ungarisch
• Absauganlage
• Zylinderrotator
• Faserlaser 1.064 nm
• Leistung 30 W

Dank der vielfältigen Einstellmöglichkeiten des Faserlasers ist es möglich, beliebige Metalle (in den Bildern unten dargestellt: Messing, Stahl, Aluminium) zu markieren und zu gravieren. In gewissen Grenzen können auch Glas und einige Kunststoffarten markiert werden.

Der Prozess der Lasergravur

Der erste Schritt bei der Lasergravur besteht darin, das Werkstück im Arbeitsbereich der Maschine zu platzieren.

Danach wird ein neues Projekt gestartet und das zu gravierende Logo, der Text etc. innerhalb des Arbeitsbereichs (gelbes Quadrat) erstellt:

Dem Text oder Logo muss ein vorab gespeicherter Parameter zugeordnet werden. Die in den Parametern hinterlegten Werte können durch Probegravuren und Veränderung verschiedener Werte (Geschwindigkeit, Leistung, Frequenz, Pulsweite, Verzögerung) für jedes Material angepasst werden.

Im Rahmen des Projektes wurden für verschiedene Werkstoffe die maßgeblichen Kennwerte experimentell ermittelt, die wie folgt lauten:

Anschließend wird die Kopfposition in X- und Z-Richtung angepasst. (Der Kopf kann sich nicht in Y-Richtung bewegen).

Durch die Projektion der eingestellten Position auf das Werkstück können Lage und Größe des zu markierenden Bereichs überprüft werden, der von der Maschine mit einem Begrenzungsrechteck markiert wird.

Wenn die Platzierung stimmt, kann mit der Gravur begonnen werden:

Bei einer Zahlenfolge ist der Vorgang in wenigen Sekunden (3-6 s) abgeschlossen.

Im Rahmen unseres F&E-Projekts wurden von Török Gépipari Kft. die folgenden Punkte definiert und entwickelt. Schneidtechnologien für typische Automobilbauteilematerialien und in das Produktionsprofil passende Bauteilgruppen. Bearbeitungs- und Oberflächenbehandlungsparameter (anodische Oxidation – Eloxieren) der gängigsten Materialien, einschließlich optimaler Schnittparameter, Bearbeitungstechnologien, Methoden und Prozesse der Oberflächenbehandlung und -vorbereitung. Die Verschleißfestigkeit hartanodisierter Oberflächen wurde nach bestehenden Methoden untersucht. Abschließend wurden die Nachbehandlungsmöglichkeiten typischer Rohstoffe und deren Aluminiumoxidoberflächen für die Laserbeschriftung und -gravur ermittelt. Das Unternehmen hat dies alles in sein tägliches Produktionsprofil integriert, sodass die Ergebnisse der Entwicklung sofort im Alltag angewendet werden können. Gleichzeitig können die theoretischen und physikalischen Ergebnisse dieser Dissertation auch von Unternehmen, die sich direkt oder indirekt mit der Bearbeitung und Oberflächenbehandlung befassen (z. B. Ingenieurbüros, Produktdesigner usw.), frei genutzt werden.