Wie funktioniert ein Faserlaser? Einsatzgebiete und Funktionsweise
Faserlaser im Einsatz als Beschriftungslaser zum Lasergravieren, Laserbeschriften und Anlassen
Faserlaser werden häufig in Beschriftungslasern zum Laserbeschriften und Lasergravieren von verschiedenen Materialien eingesetzt. Präzise und dauerhafte Laserbeschriftungen machen sie in vielen Industriezweigen beliebt.
Wir selbst bieten zwei verschiedene Faserlaser als Beschriftungslaser / Lasermarkierer zum Laserberschriften von Metallen und Kunstoffen an, den INTEGRA und GRAVIS. Einige Markierungsbeispiele finden Sie auf den Produktseiten oder in unserem Videobereich.
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So funktioniert ein Faserlaser
Funktionsweise eines Faserlasers als Beschriftungslasers einfach erklärt
Ein gepulster Faserlaser ist ein leistungsstarker Laser, der zum Lasergravieren und Lasermarkieren von Kunststoffen und Metallen eingesetzt wird. Die Funktionsweise basiert auf einer speziellen Faser, die als Verstärkungsmedium dient und das Laserlicht erzeugt.
Eine allgemeine Erklärung, wie ein gepulster Faserlaser funktioniert:
Verstärkungsmedium
In einem gepulsten Faserlaser wird ein optisches Faserverstärkungsmedium verwendet, das typischerweise aus einer dotierten Faser besteht. Die Faser ist mit Ionen eines bestimmten Elements dotiert, wie beispielsweise Erbium, Ytterbium oder Neodym.Pumpquelle
Um das Verstärkungsmedium in einen angeregten Zustand zu versetzen, wird eine externe Pumpquelle verwendet, die Energie in die Faser einspeist. Die Pumpquelle kann eine Laserdiode oder eine andere Lichtquelle sein, die in der Lage ist, Licht einer bestimmten Wellenlänge zu erzeugen.Pumpen des Verstärkungsmediums
Die von der Pumpquelle erzeugte Energie wird in das Verstärkungsmedium der Faser eingekoppelt. Die Ionen im Verstärkungsmedium absorbieren diese Energie und werden in einen angeregten Zustand versetzt.Emission von Photonen
Wenn die angeregten Ionen im Verstärkungsmedium wieder in ihren Grundzustand zurückfallen, emittieren sie Photonen (Licht) mit einer charakteristischen Wellenlänge. Dieser Prozess der stimulierte Emission führt zur Lichtverstärkung innerhalb der Faser.Resonator
Der Faserlaser verwendet einen optischen Resonator, der aus zwei hochreflektierenden Spiegeln besteht, um das erzeugte Licht zwischen ihnen hin und her zu reflektieren. Einer der Spiegel ist teilweise durchlässig und dient als Auskopplungsspiegel, durch den der Laserstrahl den Resonator verlassen kann.Gepulste Betriebsweise
Die Pulserzeugung erfolgt normalerweise durch die gezielte Modulation der Pumpquelle oder durch kontrollierte Verluste im Resonator. Dadurch wird der Laser dazu gebracht, Lichtimpulse zu erzeugen, anstatt kontinuierlich zu strahlen.Pulsverstärkung
Die erzeugten Lichtpulse durchlaufen die Verstärkerfaser mehrmals, um durch stimulierter Emission weiter verstärkt zu werden, während sie zwischen den Spiegeln im Resonator hin und her reflektiert werden. Aufgrund der Eigenschaften der Faser und der Resonatorkonfiguration können die Pulse an Intensität und Dauer variieren.Auskopplung des Laserstrahls
Ein Teil der erzeugten Laserstrahlung wird durch den teilweise durchlässigen Auskopplungsspiegel aus dem Resonator herausgekoppelt. Dies ist der Ausgang des Faserlasers.
MOPA oder Q-Switched Faserlaser ?
Es gibt zwei gängige Arten von gepulsten Faserlasern, die für das Gravieren verwendet werden: Q-Switch und MOPA.
Der Q-Switch-Faserlaser (Q steht für “Quality Factor”) verwendet einen schnellen Schalter, um den Laserstrahl zu unterbrechen und dann freizugeben. Dies führt zu sehr kurzen, aber intensiven Laserpulsen mit hoher Leistung. Der Q-Switch-Laser eignet sich gut für die Bearbeitung von Materialien wie Metall, bei denen ein hoher Energieeintrag erforderlich ist, um das Material zu entfernen.
Der MOPA-Faserlaser (MOPA steht für “Master Oscillator Power Amplifier”) hingegen bietet mehr Flexibilität bei der Steuerung der Pulsparameter. Der MOPA-Laser verwendet einen Hauptoszillator, der die Pulsdauer und -frequenz erzeugt, und einen Verstärker, der die Leistung verstärkt. Diese Konfiguration ermöglicht eine präzisere Anpassung der Pulsparameter, was beim Laserbeschriften von Kunststoffen und anderen empfindlichen Materialien von Vorteil ist.
Der Hauptunterschied zwischen Q-Switch und MOPA liegt also in der Kontrolle und Anpassung der Pulsdauer, -frequenz und -energie. Während der Q-Switch-Laser für hohe Energie und kurze Pulsdauern verwendet wird, bietet der MOPA-Laser mehr Flexibilität und Präzision bei der Gravur von unterschiedlichen Materialien.
Es ist wichtig zu beachten, dass die Auswahl zwischen Q-Switch und MOPA vom spezifischen Anwendungsfall abhängt. Der richtige Laser hängt von Faktoren wie dem zu gravierenden Material, der gewünschten Gravurtiefe und -qualität sowie der Produktionsgeschwindigkeit ab. Es ist daher ratsam, sich von Experten beraten zu lassen, um die beste Lösung für Ihre individuellen Anforderungen zu finden
Vorteile eines MOPA Faserlasers
- Flexibilität bei Pulsparametern
MOPA-Faserlaser bieten eine höhere Flexibilität bei der Steuerung von Pulsparametern wie Pulsenergie, Pulsdauer und Wiederholrate. Dies ist besonders nützlich in Anwendungen, bei denen genaue Kontrolle über die Eigenschaften der Laserpulse erforderlich ist. - Skalierbare Pulsenergie
MOPA-Faserlaser können so konfiguriert werden, dass sie höhere Pulsenergien erzeugen können, während sie dennoch kurze Pulsdauern beibehalten. Dies ist in Anwendungen wie der Laserbearbeitung von Materialien oder bei der Erzeugung von hohen Energiedichten wichtig. - Bessere Pulsstabilität
MOPA-Faserlaser bieten oft eine verbesserte Stabilität der Laserpulse im Vergleich zu Q-Switched-Faserlasern. Dies ist in Anwendungen erforderlich, in denen konsistente Laserpulse benötigt werden, beispielsweise in der Lasermarkierung oder medizinischen Bildgebung. - Pulsanpassung
Die Ausgangspulse eines MOPA-Faserlasers können an verschiedene Anforderungen angepasst werden, indem sie durch externe Modulatoren oder Verstärkungsstufen geleitet werden. Dies ermöglicht eine größere Flexibilität bei der Erzeugung von Pulsen unterschiedlicher Formen und Eigenschaften. - Kohärentes Licht
Der Master-Oszillator im MOPA-Faserlaser erzeugt in der Regel kohärentes Licht, was in bestimmten Anwendungen wie holographischer Bildgebung oder Spektroskopie von Vorteil sein kann.
Vorteile eines Q-Switched Faserlasers
- Einfachheit und Robustheit
Q-Switched-Faserlaser sind in der Regel einfacher in der Konstruktion und weniger anfällig für Störungen, da sie keinen zusätzlichen Verstärker wie beim MOPA-Faserlaser erfordern. - Kompakte Bauweise
Aufgrund ihrer einfacheren Konstruktion können Q-Switched-Faserlaser oft in kompakteren Gehäusen untergebracht werden, was in Anwendungen mit begrenztem Bauraum von Vorteil ist. - Kosteneffizienz
Q-Switched Faserlaser sind oft kostengünstiger herzustellen und zu warten, was sie zu einer attraktiven Option für Anwendungen macht, die keine hohe Flexibilität bei den Pulsparametern erfordern.
Einsatzgebiete von Faserlasern
Wo werden Faserlaser eingesetzt ?
- Industrielle Laserbeschriftungen
Faserlaser werden in der Industrie zur Laserbeschriftung von Metallen, Kunststoffen, Keramiken, Glas und anderen Materialien verwendet. Sie können Logos, Seriennummern, Barcodes, QR-Codes, Texte und andere Informationen präzise und dauerhaft aufbringen. - Bauteilkennzeichnung in der Automotive-Industrie
In der Automobilindustrie werden Faserlaser zur Laserbeschriftung oder Lasergravur von Ersatzteilen, Komponenten und Werkzeugen eingesetzt. Das können beispielsweise Motorblöcke, Getriebekomponenten, Ventile oder Kunststoffteile sein. Die Lasermarkierungen dienen der Rückverfolgbarkeit, Identifikation und Qualitätssicherung. - Produktkennzeichnung in der Elektronikindustrie
Faserlaser werden zur Lasermarkierung von elektronischen Bauteilen, Leiterplatten und Mikrochips verwendet. Sie können winzige Codes, Seriennummern oder spezifische Informationen aufbringen, ohne die empfindlichen Bauteile zu beschädigen. - Markieren von medizinischen Geräten und Instrumente
Faserlaser finden Anwendung in der Medizintechnik zur Laserbeschriftung von chirurgischen Instrumenten, medizinischen Geräten, Implantaten oder Verpackungen. Die präzisen Markierungen ermöglichen eine eindeutige Identifikation, Rückverfolgbarkeit und Sterilisation. - Veredelung in der Schmuck- und Uhrenindustrie
Faserlaser werden für die individuelle Lasergravuren von Schmuckstücken, Uhren, Edelmetallen und Edelsteinen verwendet. Sie können feine Details, Muster und personalisierte Informationen aufbringen. - Verpackungsindustrie
Faserlaser ermöglichen die Laserkennzeichnung von Verpackungen, Etiketten und Folienmaterialien. Sie können beispielsweise Herstellerinformationen, Verfallsdaten, Chargencodes oder Logos aufbringen. - Lebensmittel- und Getränkeindustrie
Faserlaser finden Anwendung in der Kennzeichnung von Lebensmitteln und Getränken, insbesondere bei Glasflaschen, Dosen oder Verpackungen. Sie können Barcodes, Produktinformationen, Seriennummern oder Qualitätskennzeichnungen präzise aufbringen.
Die Einsatzgebiete von Faserlasern zum Laserbeschriften und Lasergravieren sind vielfältig und reichen über verschiedene Branchen hinweg. Die präzisen und dauerhaften Kennzeichnungen ermöglichen eine verbesserte Rückverfolgbarkeit, Identifikation, Qualitätskontrolle und Branding von Produkten und Komponenten.
Praxis- und Anwendungsbeispiele für Faserlaser
Werbemittelbranche
- Lasermarkieren von Kugelschreibern
- Thermoskannen & Becher
- Lasergravieren von Schlüsselanhänger
- Metallvisitenkarten
- Feuerzeugen
- Labeling / Branding im Allgemeinen
- etc.
Juweliere und Designer
- Personalisierte Ketten
- Anhänger
- Gravieren von Uhren
- Lasergravieren von Ringen
- Armbänder
- Schmuck im Allgemeinen
- etc.
Industrie
- Laserkennzeichnung für Werkstücksbezeichnung
- Labeling
- Etikettierung
- QR Codes / Barcodes
- Lasergravieren von Typenschildern
- etc.
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Welche Materialien kann ein Faserlaser verarbeiten
Gepulste Faserlaser als Beschriftungslaser - Verarbeitungsmöglichkeiten
Ein Faserlaser ist vielseitig und kann eine breite Palette von Materialien für verschiedene Anwendungen wie Gravieren, Tiefengravieren, Anlassen und Entschichten bearbeiten. Hier sind Beispiele für Materialien, die mit einem Faserlaser verarbeitet werden können:
Gravieren mittels Faserlaser
- Metalle: Stahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer, Messing, Titan
- Kunststoffe: Acryl, ABS, PET, PETG, PC, PMMA uvm. (mit einstellbarer Pulsweite)
- Keramik
Tiefengravieren
- Metalle: Stahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer, Messing
- Sonstige Hartmetalle
- Keramik
- Hartkunststoffe
Herstellen von Anlassbeschriftungen
- Edelstahl
- Aluminium eloxiert
- Titan
Entschichten von beschichteten Oberflächen mittels Laser
- Farbbeschichtungen: Farben, Lacke, Pulverbeschichtungen
- Oxidationsschichten: Anodisierte Schichten auf Metallen
- Schutzschichten: Schutzlacke, Kunststoffbeschichtungen
- Leiterbahnen: Elektronische Leiterbahnen auf Leiterplatten
- Wärmeleitpasten: Thermische Verbindungen auf elektronischen Bauteilen
Die genaue Bearbeitbarkeit hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter die Leistung, die Fokussierungsoptik, die Laserparameter und die spezifischen Anforderungen der Anwendung.
Welche Leistung sollte ein Faserlaser haben ?
Wieviel Watt benötigt ein Beschriftungslaser für qualitative Lasermarkierungen
Bei der Auswahl eines Faserlasers für Lasergravuren und Laserbeschriftungen von Kunststoffen und Metallen stehen verschiedene Laserleistungen zur Verfügung. Die genaue Leistung, die Sie benötigen, hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter das zu bearbeitende Material, die gewünschte Gravurtiefe und die Produktionsgeschwindigkeit. Hier sind einige gängige Laserleistungen für die Gravur von Kunststoffen und Metallen:
-
- Beschriftungslaser mit kleiner Leistung (bis 20W)
Niedrigleistungs-Faserlaser haben typischerweise eine Leistung im Bereich von 10 bis 20 Watt. Sie eignen sich gut für einfache Laserbeschriftungen auf Kunststoffen und dünnen Metallbeschichtungen. Diese Laser sind in der Regel kostengünstig und ideal für kleinere Produktionsumgebungen oder den Einsatz in Laboren. - Beschriftungslaser mittlere Leistung (bis 60W)
Faserlaser mit mittlerer Leistung liegen im Bereich von 30 bis 60 Watt. Sie bieten eine gute Kombination aus Leistung und Präzision und eignen sich für die Gravur von Metallen wie Edelstahl, Aluminium und Messing. Diese Laser sind in der Regel vielseitig einsetzbar und werden häufig in der Industrie eingesetzt. - Beschriftungslaser hoher Leistung (> 80W)
Hochleistungs-Faserlaser haben eine Leistung von über 80 Watt und sind in der Lage, tiefe und schnelle Gravuren in Metallen durchzuführen. Sie bieten eine hohe Produktionsgeschwindigkeit und sind ideal für anspruchsvolle Anwendungen in der Metallbearbeitung und der industriellen Fertigung.
- Beschriftungslaser mit kleiner Leistung (bis 20W)
Es ist wichtig zu beachten, dass die genaue Laserleistung auch von anderen Faktoren abhängt, wie der Strahldurchmesser und der Fokussierung des Lasers. Ein breiterer Strahldurchmesser kann beispielsweise bei bestimmten Anwendungen von Vorteil sein, während ein enger fokussierter Strahl eine höhere Energiedichte bietet.
Bei der Auswahl der Laserleistung sollten Sie die spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung, die Materialien, die Sie bearbeiten möchten, und Ihre gewünschte Produktionsrate berücksichtigen. Es empfiehlt sich, sich von Experten beraten zu lassen, um die optimale Laserleistung für Ihre spezifischen Anforderungen zu ermitteln.
Was ist die zu erwartende Lebensdauer eines Faserlasers ?
Faserlaser Lebensdauer im Vergleich mit CO2 und UV Lasern
Die Lebensdauer von Lasern kann stark variieren und wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, einschließlich der Art des Lasers, der Qualität der verwendeten Komponenten, der Betriebsbedingungen und der Wartung. Hier sind grobe Schätzungen für die Lebensdauern von Faserlasern, CO2-Lasern (Glasröhre und Metallröhre) und UV-Lasern:
Faserlaser
Die Lebensdauer von Faserlasern kann in der Regel sehr hoch sein, insbesondere wenn sie ordnungsgemäß gewartet werden. Hochwertige Faserlaser können oft eine Lebensdauer von bis zu 100.000 Betriebsstunden erreichen. Einige Faktoren wie die Kühlung und der Zustand der optischen Komponenten können jedoch die Lebensdauer beeinflussen.
CO2-Laser (Glasröhre)
Die Lebensdauer von CO2-Lasern mit Glasröhren kann variieren, abhängig von der Qualität der Röhre, der Betriebsleistung und anderen Faktoren. In vielen industriellen Anwendungen können CO2-Laser mit Glasröhren eine Lebensdauer von etwa 10.000 bis 30.000 Betriebsstunden erreichen. Allerdings kann die Effizienz dieser Laser mit der Zeit abnehmen. Bei kleineren Systemen oder qualitativ schlechteren Röhren liegt diese in der Regel zwischen 2.500 bis 10.000 Betriebsstunden.
CO2-Laser (Metallröhre)
CO2-Laser mit Metallröhren sind oft langlebiger als solche mit Glasröhren. Sie können eine Lebensdauer von 20.000 bis 40.000 Betriebsstunden oder mehr erreichen. Die metallischen Röhren sind robuster und weniger anfällig für Veränderungen der Laserleistung im Laufe der Zeit.
UV-Laser
UV-Laser verwenden kürzere Wellenlängen und erfordern spezielle Komponenten. Die Lebensdauer von UV-Lasern hängt von der Art des Lasers ab. UV-Laser können in der Regel Lebensdauern im Bereich von 10.000 bis 30.000 Betriebsstunden haben. Allerdings können die Anforderungen an die Kühlung und die Stabilität der optischen Elemente die Lebensdauer beeinflussen.
Übersicht der Laserklassen (mit Erklärung)
Tabelle der verschiedenen Laserklassen
Diese Klasse umfasst Lasergeräte, die bei normaler Verwendung keine Gefahr darstellen.
Sie sind als ungefährlich eingestuft und erfordern keine speziellen Schutzmaßnahmen.
Laser der Klasse 1M sind ähnlich wie Klasse 1 ungefährlich, können aber bei Verwendung von optischen Instrumenten, wie beispielsweise Lupen oder Ferngläsern, eine Gefahr für das Auge darstellen. Es ist darauf zu achten, dass solche Instrumente nicht verwendet werden.
Laser der Klasse 2 stellen eine geringe Gefahr für das Auge dar, aber das natürliche Lidschließen schützt normalerweise vor Verletzungen.
Die maximale zulässige Expositionsdauer für den direkten Blick in den Strahl beträgt 0,25 Sekunden. Für Klasse 2-Laser sind jedoch keine weiteren Schutzmaßnahmen erforderlich.
Laser der Klasse 2M sind ähnlich wie Klasse 2, können aber bei Verwendung von optischen Instrumenten eine erhöhte Gefahr für das Auge darstellen. Die Verwendung solcher Instrumente sollte vermieden werden.
Laser der Klasse 3R können bei direkter Betrachtung des Strahls oder durch Reflexionen eine potenzielle Gefahr für das Auge darstellen.
Diese Klasse erfordert spezielle Sicherheitsvorkehrungen, wie z.B. die Begrenzung der Strahlleistung und das Tragen von Schutzbrillen.
Laser der Klasse 3B stellen eine mittlere Gefahr für das Auge dar und können auch eine Gefahr für die Haut darstellen.
Es sind strikte Sicherheitsvorkehrungen erforderlich, wie z.B. Warnschilder, Schutzbrillen und Sicherheitsschulungen für Mitarbeiter.
Der Zugang zu diesen Lasern sollte auf autorisiertes Personal beschränkt sein.
Laser der Klasse 4 stellen die höchste Gefahr für das Auge und die Haut dar. Sie erfordern umfangreiche Schutzmaßnahmen, einschließlich Sicherheitseinrichtungen, wie z.B. Schutzbarrieren, Warnschilder, spezielle Schulungen für Mitarbeiter und die Erstellung eines Lasersicherheitsplans.
Beschriftungslaser GRAVIS als Faserlaser
Der sichere ALL-IN-ONE Lasermarkierer für Ihr Unternehmen
GRAVIS Beschriftungslaser als Komplettlösung.
Durch die moderne MOPA Technologie lassen sich mit dem Gravis präzise, kontrastreiche oder sogar farbige Laserbeschriftungen, Gravuren oder Anlassfarben herstellen.
Wahlweise erhältlich in Laserschutzklasse 1 oder 2 bietet diesr Beschriftungslaser eine sicher Lösung für viele Anwendungsbereiche in Ihrem Betrieb.
Durch die optional erhältliche X-Achse lassen sich auch mit kleinen Optiken große Beschriftungsfelder realisieren, ideal für die Serienproduktion oder große Bauteile.
Beschriftungslaser INTEGRA als Faserlaser
Kostengünstiger Stand-Alone Lasermarkierer
INTEGRA MK2 als Stand-Alone oder Integrationslösung.
Durch die integrierte SPS Steuerung lassen sich diverse Ein- und Ausgänge frei programmieren.
Ideal, wenn der Laserbeschrifter in eine bestehende Prozesskette, z.B. in Verbindung mit Robotik, eingesetzt werden soll.
Durch die vorhandenen Interlockanschlüsse lässt sich dieser Beschriftungslaser nicht nur einfach sondern auch sicher in Laserschutzräumen oder Einhausungen integrieren.
