LaserWrite®-Technologie

Fietz Polychromos LaserWrite®-Technologie in Anwendungsbeispielen

Die Verwendung von Lasermarkiersystemen für die dauerhafte und nicht entfernbare Bedruckung von Kunststoffen, ist weiterhin auf dem Vormarsch. Insbesondere bei empfindlichen Anwendungen, wo Rückverfolgbarkeit und Produktidentifikation von essentieller Bedeutung ist, werden keine Kompromisse bei der Qualität von Bedruckungen gemacht. Herkömmliche Technologien wie der Tintenstrahldruck erfüllen diese Anwendungen nicht oder nur sehr schlecht. Dies gilt insbesondere für schwierige Oberflächen wie z.B. die der Fluorkunststoffe. Technologien wie der Prägedruck hingegen bieten nicht genügend Flexibilität für eventuelle Serien- oder Prüfnummern, Metermarkierung und ähnliche variierende Kennzeichnungen. Fietz Polychromos LaserWrite®-Technologie erfüllt jedoch die Anforderungen in solch kritischen Bereichen und setzt somit den Standard im Bereich der Fluorkunststoffe.


Aufgrund der starken Fokussierung auf kundenspezifische Lösungen ist Fietz Polychromos in der Lage effektive Produkte für sehr bestimmte Anwendungsfälle zu designen. Die Basis für die Entwicklung dieser Produkte ist der Fokus auf die Anwendung bzw. die Aufgabenstellung, welche gelöst werden muss. In den folgenden Zeilen geht es um zwei verschiedene Markierungsformen:

1. der zu markierende transluzente Körper und
2. der lichtundurchlässige Körper.

 

Transluzente Körper

In einem bestimmten Fall galt es eine semi-transparente Einfärbung von Schläuchen mit der LaserWrite®-Technologie zu verschmelzen. Dies bot auf zwei Wegen Herausforderungen an das Produktdesign: Eine semi-transparente Farbeinstellung verzeiht keinerlei Einflüsse weiterer Additive auf das Farbbild und normale Farbkonzentrate werden nur in sehr geringer Menge eindosiert, um semi-transparente Farben einzustellen. Diese geringe Dosierung muss aber den richtigen Anteil an Laserfunktionalität mit sich bringen und für eine optimale Verteilung sorgen.

Fietz Polychromos hat daraufhin ein Masterbatch exakt für diesen Anwendungsfall kreiert. Das Masterbatch war mit einer geringen Menge Farbpigmenten und einer gewissen Menge LaserWrite® beladen. Durch die Auswahl spezieller LaserWrite®-Typen und einer speziellen Modifikation der Pigment-Additiv-Kombination konnte der Einfluss auf den Farbton ausgeschlossen werden.

Abbildung 1: Bedruckte Schläuche aus FEP und PFA

Im ersten Schritt wurden eine blaue und eine rote Einstellung beim Kunden getestet, jeweils eine auf Basis von FEP und PFA. Die geringe Konzentration an Pigmenten birgt die Gefahr evtl. auftretende Agglomerate deutlich sichtbar werden zu lassen. Die Modifikation der Pigmente steuert dem entgegen.

Abbildung 2: Nahaufnahme des Schriftbildes (30x)

Mit Standardeinstellungen eines ND:YAG Lasers führten die ersten Bedruckungsergebnisse direkt zum Erfolg. Die Bedruckung war scharf und kontrastreich. Lediglich die leichte Farbverstärkung an Kreuzungspunkten der Buchstaben muss parametrisch am Laser noch verbessert werden, um das Gesamtbild abzurunden. Die Funktionalität der Additive hingegen ist in einem optimalen Bereich abgestimmt.

Abbildung 3: Schriftbild in der Vergrößerung. Kreuzungspunkt (200x)

Die tiefergehende Analyse der Bedruckung zeigte dann ein recht überraschendes Ergebnis: Zuerst fiel auf, dass die leichte Oberflächenveränderung, die man sonst bei der Laserbedruckung erzielt, bei den vorliegenden Teilen nicht oder nur sehr gering vorhanden war. Eine Verletzung der Struktur hat somit nicht oder nur zu einem sehr geringen Teil stattgefunden. Bei der anschließenden optischen Analyse der Oberfläche fiel  auf, dass die Carbonisierung nur sehr punktuell stattgefunden hat. Bei einer Vergrößerung um den Faktor 200 erkennt man kleine, schwarze Punkte, die zusammen das Schriftbild ergeben.

Abbildung 4: Schriftbild bzw. Schlauchwand im Querschnitt (100x)

Zur weitergehenden Analyse wurde ein Teil der Beschriftung im Querschnitt betrachtet. Hier sieht man deutlich, dass die Carbonisierung nicht oberflächlich sondern in der Tiefe stattgefunden hat. Die geringe Pigmentierung führt zu einer starken Lichtdurchlässigkeit und somit wirkt das Licht des Lasers bis in den inneren Bereich der Schlauchwand. Der Energieeintrag wird also nicht auf die Oberfläche begrenzt, sondern über den gesamten Querschnitt verteilt. Es kommt nicht zu oberflächlichen Veränderungen oder gar Degradation des Materials. Lediglich das lichtreaktive Additiv reagiert auf diesen Energieeintrag und verändert seine Farbe von transparent in schwarz.

Der bisherige Kritikpunkt an der Lasermarkierung, die strukturelle Veränderung des Matrixmaterials, ist somit aufgehoben. Die Laserbedruckung in dieser Anwendung bietet dank der LaserWrite®-Technologie sämtliche Vorteile der dauerhaften, unveränderlichen Markierung von Produkten, ohne die Eigenschaften dieser in irgendeiner Weise zu beeinträchtigen. Bis dato wurde keine funktionelle Beeinträchtigung des Produktes durch die Markierung beobachtet.

Abbildung 5: Starke Vergrößerung des Querschnitts (200x)

Gleichzeitig ist die Markierung mittels LaserWrite® sehr beständig gegen äußere Einflüsse wie Wischeffekte, Lösungsmittel oder auch UV-Licht. Das Produkt kann somit über die gesamte Lebensdauer markiert und identifiziert werden. Dauerhafte Markierung „At it´s best!“

 

Lichtundurchlässige Körper

Bei der Lasermarkierung von durchgefärbten Fluorkunststoffen muss man sich einer anderen LaserWrite®-Additiv-Kombination bedienen. Der Energieeintrag findet ausschließlich an der Oberfläche statt. Die eingetragene Lichtenergie wird absorbiert und als Wärmeenergie transformiert. Dies bewirkt eine strukturelle Veränderung des Matrixmaterials. In den folgenden Beispielen sieht man die Einstellung einer weißen Beschriftung auf grauem Grund sowie eine schwarze Beschriftung auf gelbem Grund.

Abbildung 6: Weißes Schriftbild auf grauem Bauteil /
Abbildung 7: Weiße Schrift im Querschnitt – Schaumbildung (150x)

Bei beiden Produkten gab es einen deutlich unterschiedlichen Fokus. Die Aufgabenstellung der weißen Markierung bestand darin, eine deutlich sichtbare, dauerhafte Markierung eines Automobil Bauteils im äußeren, mechanisch-kritischen Bereich zu realisieren. Die Markierung muss auch nach langer Zeit in sehr schwierigen Umweltbedingungen fehlerfrei erkennbar sein. Da die äußere Fluorkunststoffschicht im Bauteil lediglich einen Korrosions-, Flüssigkeits- und Temperaturschutz darstellt, ist eine oberflächliche Veränderung der Matrix kein Problem. Die besonderen Merkmale bzw. die für die Anwendung entscheidenden Eigenschaften werden dadurch nicht verändert.

Abbildung 8: Dunkle Schrift auf durchgefärbtem Bauteil

Im Querschnitt sieht man deutlich die strukturelle Veränderung durch die weißliche Schaumbildung. Diese sehr starke Oberflächenveränderung wurde aufgrund der oben beschriebenen Bedingungen gewählt, um maximalen Kontrast und maximale Schriftstärke zu erreichen.

Im zweiten Beispiel sieht man ein gelbes Bauteil welches durch die LaserWrite®-Technologie mit einer schwarzen Markierung versehen wurde. Auf Grund der Anforderungen an die Wanddicke des Bauteils wurde in diesem Fall versucht die strukturelle Veränderung auf ein Minimum zu reduzieren. Im Querschnitt ist deutlich zu sehen, dass die Carbonisierung nur sehr oberflächlich einsetzt. Die Schaumbildung im Material ist fast komplett unterdrückt worden. Der Einfluss auf die Funktionalität der Wanddicke ist somit auf ein zu vernachlässigendes Minimum reduziert.

Abbildung 9: Dunkle Schrift im Querschnitt - oberflächliche Veränderung der Matrix (250 x)

Alle hier genannten Anwendungsbeispiele zeigen, dass die Polychromos LaserWrite®-technologie ein höchstmögliches Maß an Flexibilität zur Erfüllung verschiedenster Aufgabenstellungen im Bereich der dauerhaften Markierungen bietet. Diese hohe Qualität kann nur durch Anpassung des Additivs und der Farbe in direktem Bezug zur Anwendung erzielt werden. Durch die hohe Flexibilität bei Fietz Polychromos und die langjährige Erfahrung mit Fluorkunststoffen und Lasermarkierung können solche Produkte in schneller Zeit entwickelt und zur Marktreife gebracht werden. Kontaktieren Sie uns gerne mit Ihrem Anwendungsfall und wir werden gemeinsam mit Ihnen eine funktionierende Lösung erarbeiten.