Ein CO2-Laser ist immer dann die richtige Technologie, wenn die Aufgabe nicht auf Metall liegt. Für Kunststoffe, Holz, Glas, Papier, Karton, Leder und Folien ist er seit Jahrzehnten das Arbeitspferd in Gravur, Zuschnitt und Verpackungscodierung. Der Grund steckt in seiner Wellenlänge von 10.600 Nanometern: Sie wird von organischen und nichtmetallischen Stoffen stark aufgenommen, sodass schon geringe Leistung für eine saubere, dauerhafte Markierung reicht.
Was ist ein CO2-Laser?
Der CO2-Laser ist ein Gaslaser. Sein aktives Medium ist kein Festkörper wie beim Faserlaser, sondern ein Gasgemisch, das im Kern aus Kohlendioxid besteht und mit Stickstoff und Helium ergänzt wird. Elektrischer Strom regt dieses Gemisch an. Die Kohlendioxid-Moleküle geben die aufgenommene Energie als Licht im fernen Infrarot ab, bei 10,6 Mikrometern. Das ist etwa das Zehnfache der Wellenlänge eines Faserlasers und liegt weit außerhalb des sichtbaren Bereichs.
Diese lange Wellenlänge bestimmt alles Weitere: welche Materialien sich bearbeiten lassen, welche Optik nötig ist und wo die Grenzen liegen.
Wie ein CO2-Laser funktioniert
Im Gasgemisch übernimmt jeder Bestandteil eine Aufgabe. Der Stickstoff nimmt Energie aus der elektrischen Anregung auf und speichert sie kurz. Beim Zusammenstoß gibt er sie an die Kohlendioxid-Moleküle weiter und bringt sie auf ein höheres Schwingungsniveau. Kehren diese Moleküle in einen niedrigeren Zustand zurück, senden sie Photonen mit 10.600 nm aus. Das Helium sorgt dafür, dass die Moleküle danach schnell wieder in den Grundzustand kommen und für den nächsten Zyklus bereitstehen. Es hält den Prozess in Gang und führt zugleich Wärme ab.
Bei der Bauform gibt es zwei gängige Wege. Die gleichstromangeregte Glasröhre ist wassergekühlt, vergleichsweise günstig und lässt sich als Verschleißteil tauschen. Die hochfrequenzangeregte Metall-Keramik-Röhre ist teurer, liefert eine bessere Strahlqualität, schaltet schneller und hält länger. Für getaktete Beschriftung und Codierung im Industriebetrieb ist meist die HF-angeregte Bauform die passende, weil sie präzise Pulse liefert und sich gut in eine Steuerung einbinden lässt.
Ein Punkt unterscheidet den CO2-Laser deutlich vom Faserlaser: seine Optik. Normales Glas ist für 10,6 µm undurchlässig, deshalb bestehen Linsen aus Zinkselenid und Spiegel aus beschichtetem Kupfer oder Silizium. Auch das F-Theta-Objektiv am Galvo-Scanner ist für diese Wellenlänge gerechnet und beschichtet. Eine Optik für 1064 nm lässt sich am CO2-Laser nicht verwenden und umgekehrt.
Warum die Wellenlänge über das Material entscheidet
Ob ein Laser ein Material bearbeiten kann, hängt weniger von seiner Leistung ab als davon, ob das Material sein Licht aufnimmt. Genau hier trennt sich der CO2-Laser vom Faserlaser. Die 10,6 µm treffen die Molekülschwingungen organischer Stoffe fast ideal, weshalb Holz, Papier, viele Kunststoffe und Glas die Energie sofort in Wärme umsetzen. Blanke Metalle machen das Gegenteil: Sie reflektieren die lange Wellenlänge zum großen Teil und leiten die geringe eingekoppelte Wärme rasch ab. Deshalb bekommt man auf rohem Stahl oder Aluminium mit einem CO2-Laser keine brauchbare Direktmarkierung.
| Material | CO2-Laser bei 10.600 nm |
|---|---|
| Holz, Papier, Karton | sehr gut: gravieren, schneiden, codieren |
| Acrylglas (PMMA) | sehr gut: glänzende Schnittkante, klare Gravur |
| Leder, Textil | sehr gut: gravieren und zuschneiden |
| Glas, Keramik, Stein | gut: mattieren und gravieren |
| Kunststofffolien, PET | gut, 9,3 µm oft mit mehr Kontrast |
| Lackierte oder beschichtete Metalle | bedingt: Schicht abtragen oder umfärben |
| Blanke Metalle | ungeeignet, dafür den Faserlaser nutzen |
Empfindliche technische Kunststoffe, die weder schmelzen noch verfärben sollen, sind wiederum eine Domäne des UV-Lasers. Er arbeitet mit 355 nm nahezu kalt und erzeugt Kontrast über eine fotochemische Reaktion statt über Wärme. Die drei Wellenlängen decken so zusammen fast jedes Material ab.
Markieren, gravieren, schneiden
Ein CO2-Laser kann dasselbe Werkzeug für sehr verschiedene Ergebnisse sein. Bei geringer Leistung und hohem Tempo markiert er, etwa wenn er die oberste Schicht eines lackierten Schilds abträgt und den Untergrund freilegt oder wenn er einen Kunststoff mit Markieradditiv gezielt umfärbt. Fährt er langsamer und mit mehr Energie über die Fläche, graviert er eine sichtbare Vertiefung in Holz, Acryl oder Stempelgummi. Und mit ausreichend Leistung und mehreren Durchgängen schneidet er dünne Werkstoffe, von Acrylglas über Sperrholz bis zu Papier und Folie.
Auf Papier und Holz entsteht der Kontrast durch Verkohlen, das Material dunkelt an der Oberfläche nach. Auf Glas bricht die Wärme die Oberfläche in feinste Risse auf, was die typische matte, helle Gravur ergibt. Auf beschichteten Metallen entfernt der Strahl gezielt die Deckschicht. So unterschiedlich diese Effekte aussehen, dahinter steht immer derselbe Mechanismus: lokale Wärme durch aufgenommenes Licht.
10,6 oder 9,3 Mikrometer?
Neben dem klassischen CO2-Laser bei 10,6 µm gibt es eine Variante mit 9,3 µm. Der Unterschied klingt klein, wirkt sich in der Praxis aber deutlich aus. Manche Materialien nehmen die kürzere Wellenlänge besser auf, allen voran PET und viele beschichtete Papiere und Kartons. Wo ein 10,6-µm-Laser auf einer PET-Flasche oder einer Verpackung nur einen blassen Abdruck hinterlässt, setzt ein 9,3-µm-Laser einen kontrastreichen Code, und das bei den hohen Geschwindigkeiten einer Abfülllinie. Für die reine Codierung von Kunststoffverpackungen ist 9,3 µm deshalb oft die bessere Wahl, während 10,6 µm als Allrounder für Gravur und Zuschnitt die breitere Materialpalette abdeckt.
Wo der CO2-Laser in der Industrie arbeitet
Der sichtbarste Einsatz ist die Verpackungscodierung. Haltbarkeitsdaten, Chargennummern, QR- und Data-Matrix-Codes auf Kartons, Etiketten und Folien entstehen berührungslos und ohne Verbrauchsmaterial. Anders als beim Tintenstrahl gibt es keine Kartuschen, keine antrocknende Tinte und keine verschmierten Codes, was im Dauerbetrieb Kosten spart und die Lesbarkeit sichert.
Daneben ist der CO2-Laser fest in der Kunststoff- und Werbetechnik verankert, wo er Acrylglas gravieren und mit glänzender Kante schneiden kann. In der Holz-, Leder- und Textilverarbeitung graviert und schneidet er Serienteile ebenso wie Einzelstücke, und in der Glas- und Keramikbeschriftung setzt er dauerhafte, matte Kennzeichnungen. Überall dort, wo kein Metall im Spiel ist, ist er meist die wirtschaftlichste Lösung.
Wartung und Lebensdauer
Ein Gaslaser hat eine begrenzte Röhrenlebensdauer, und das ist der wesentliche Unterschied zum Faserlaser. Glasröhren halten einige tausend Betriebsstunden und werden dann getauscht, HF-angeregte Metall-Keramik-Röhren erreichen ein Vielfaches und lassen sich teils wieder befüllen. Ein Faserlaser hat weder Gas noch Röhre und erreicht in der Regel mehr als 80.000 Betriebsstunden nahezu wartungsfrei. Wer rund um die Uhr Metall beschriftet, rechnet diesen Unterschied besser vorab durch. Wer nichtmetallische Werkstoffe bearbeitet, hat zum CO2-Laser ohnehin selten eine Alternative.
CO2, Faserlaser oder UV?
Die drei Technologien lösen unterschiedliche Aufgaben, und die Wahl beginnt immer beim Werkstück, nicht bei der Maschine. Als Faustregel: Metalle und robuste Kunststoffe gehören zum Faserlaser bei 1064 nm. Empfindliche Kunststoffe, Glas und alles, was nicht warm werden darf, sind ein Fall für den UV-Laser bei 355 nm. Organische und nichtmetallische Werkstoffe, Verpackungen und Acrylglas laufen am besten über den CO2-Laser bei 10.600 nm. Eine ausführliche Gegenüberstellung mit Blick auf Ihr Teilespektrum finden Sie in unserer Kaufberatung.
In unserem Programm deckt der GLX500 neben Faserlaser und UV auch die CO2-Variante ab, sodass sich Großformat, Automatisierung und die passende Wellenlänge in einer Systemfamilie verbinden lassen. Wenn Sie unsicher sind, welche Technologie zu Ihrem Material passt, schicken Sie uns ein Probeteil. Wir fertigen daraus eine Musterbeschriftung mit der Wellenlänge, die wir empfehlen würden, damit Sie das Ergebnis vor der Entscheidung sehen. Alles Weitere klären wir gern direkt über den Kontakt.