“Reichen 30 Watt, oder sollten wir gleich 50 nehmen?” Diese Frage steht oft schon in der ersten Anfrage. Die Faserlaser-Leistung ist die größte Zahl im Datenblatt und bestimmt einen guten Teil des Preises. Für das Ergebnis am Bauteil zählt sie aber nur bei bestimmten Aufgaben. Wer DataMatrix-Codes auf Eloxal setzt, hat ganz andere Anforderungen als ein Werkzeugbauer, der Prägestempel einen halben Millimeter tief graviert.
Was die Wattzahl beim Faserlaser angibt
Ein Beschriftungslaser arbeitet gepulst. Die Watt-Angabe beschreibt die mittlere Leistung, also die Energie, die die Quelle pro Sekunde abgibt. Im Material wirkt aber der einzelne Puls, und dessen Energie hängt an der Pulsfrequenz:
Pulsenergie = mittlere Leistung / Pulsfrequenz
Eine 20-W-Quelle liefert bei 20 kHz Pulse mit 1 mJ, bei 200 kHz sind es noch 0,1 mJ. Teilen Sie die Pulsenergie durch die Pulsdauer, erhalten Sie die Spitzenleistung: 1 mJ in 100 ns ergeben rund 10 kW. Die Spitzenleistung entscheidet, ob ein Puls Material verdampft oder die Oberfläche nur erwärmt. Die mittlere Leistung legt fest, wie viel davon pro Sekunde passiert.
Jede Quelle hat außerdem eine maximale Pulsenergie, die im Datenblatt gesondert steht. Bei einem MOPA-Laser kommt die einstellbare Pulsdauer dazu, bei unseren Systemen 2 bis 500 ns. Deshalb markieren zwei Laser mit derselben Wattzahl oft sehr unterschiedlich. Warum das so ist, steht im Vergleich MOPA vs. Q-Switched.
Welche Faserlaser-Leistung welches Verfahren braucht
Beim Anlassen von Edelstahl oder Titan erwärmt der Laser die Oberfläche so, dass eine dünne Oxidschicht wächst und die Stelle dunkel oder farbig erscheint. Das braucht eine kontrollierte Wärmemenge pro Fläche. Mehr Leistung erlaubt etwas höhere Geschwindigkeit, ab einem gewissen Punkt wird die Farbe aber fleckig oder brennt aus. 20 bis 30 W decken das in aller Regel ab.
Eloxiertes Aluminium und die meisten Kunststoffe reagieren schon bei geringer Energie. Beim Eloxal genügt es, die Farbschicht aufzuhellen, Kunststoffe schäumen auf oder karbonisieren. Hier nutzen Sie selbst von einer 20-W-Quelle oft nur einen Teil der Leistung, und zu viel Energie hinterlässt braune Ränder oder Schmelzwülste.
Beim Gravieren verdampft Material, und die Abtragsrate wächst dann ungefähr mit der mittleren Leistung, solange die Pulsenergie im wirksamen Bereich bleibt. Doppelte Leistung heißt grob halbe Zeit. Bei der Tiefengravur in Metall, die Schicht für Schicht hunderte Durchgänge fährt, macht sich jedes zusätzliche Watt direkt in der Zykluszeit bemerkbar.
Als grobe Orientierung aus unserer Applikationspraxis:
| Aufgabe | Typische Leistungsklasse | Warum |
|---|---|---|
| DataMatrix, Klarschrift, Seriennummern auf Metall | 20 bis 30 W | Wenig Energie pro Linie, Scanner und Handling bestimmen das Tempo |
| Anlassen auf Edelstahl und Titan | 20 bis 30 W | Die Farbe hängt an der Wärmeführung |
| Eloxal und Kunststoffe | 20 W | Das Material reagiert bei geringer Energie |
| Gravur bis etwa 0,1 mm, gefüllte Logos | 30 bis 50 W | Der Abtrag skaliert mit der Leistung |
| Tiefengravur, Prägewerkzeuge, großflächiger Abtrag | 50 bis 120 W | Die Zeit pro Teil sinkt fast linear |
Am konkreten Bauteil kann die Grenze anders liegen, etwa bei Kupfer, das viel Licht reflektiert und die Wärme schnell ableitet.
Wann mehr Watt Zeit spart
Die Energie, die eine Linie pro Millimeter ins Material bringt, ergibt sich aus Leistung geteilt durch Geschwindigkeit. Mit doppelter Leistung können Sie also ungefähr doppelt so schnell fahren und erreichen dieselbe Wirkung. Das klappt, solange der Galvo-Scanner die höhere Geschwindigkeit auch sauber umsetzt.
Bei kleinen Markierungen ist das oft nicht der Fall. Ein DataMatrix-Code mit 5 mm Kantenlänge besteht aus vielen kurzen Linien, und bei jedem Linienanfang und jeder Ecke rechnet die Steuerung kleine Wartezeiten ein. Diese Verzögerungen bleiben gleich, egal wie stark die Quelle ist. Dazu kommt das Handling: Wenn das Einlegen zehn Sekunden dauert und der Laser eine Sekunde schreibt, ändert eine stärkere Quelle am Takt fast nichts. Wie Sie Markierzeit und Taktzeit vorab abschätzen, zeigt der Beitrag zur Taktzeit bei der Laserbeschriftung.
Bei Abtragsaufgaben sieht die Rechnung anders aus. Braucht eine Gravur mit 20 W fünf Minuten, schafft eine 100-W-Quelle sie rechnerisch in etwa einer Minute. In der Praxis dauert es etwas länger, weil Sprünge und Pausen zur Wärmeabfuhr nicht mitskalieren. Bei 200 Teilen im Monat sind das trotzdem rund 13 Stunden Laserzeit.
Was gegen zu viel Leistung spricht
Eine größere Quelle kostet mehr. Die Leistungsklasse ist neben Markierfeld, Schutzkonzept und Optionen einer der Hauptfaktoren im Preis, wie unser Überblick Was kostet ein Beschriftungslaser? zeigt. Wer nur kennzeichnet, bezahlt bei 100 W für Reserven, die er nie abruft.
Dünne Bleche und Folien vertragen außerdem nur begrenzt Wärme. Eine starke Quelle lässt sich in der Software herunterregeln, die Parameter müssen Sie bei solchen Teilen aber sorgfältiger einstellen, damit nichts verzieht oder neben der Gravur anläuft. Und wo mehr Material verdampft, entsteht auch mehr Rauch. Bei Abtragsaufgaben mit hoher Leistung muss die Absaugung entsprechend ausgelegt sein.
Leistung beim UV-Laser
Beim UV-Laser mit 355 nm gelten andere Größenordnungen. Kunststoffe, Glas und viele Beschichtungen absorbieren das kurzwellige Licht stark, und der Prozess läuft überwiegend photochemisch ab. Deshalb arbeiten UV-Quellen mit deutlich weniger Leistung: der Gravis UV mit 5 bis 20 W, der Integra UV mit 5 bis 40 W. Die Wattzahlen von UV- und Faserlaser lassen sich nicht direkt vergleichen. Wann sich die UV-Wellenlänge lohnt, erklärt der Beitrag zum UV-Laser.
So legen Sie die Faserlaser-Leistung fest
Beginnen Sie bei der Aufgabe. Notieren Sie Material, Inhalt und Größe der Markierung, die geforderte Tiefe, den verfügbaren Takt und die Stückzahl pro Jahr. Daraus ergibt sich meist schon, ob Sie im Kennzeichnungsbereich bei 20 bis 30 W liegen oder ob regelmäßiger Abtrag eine größere Quelle rechtfertigt.
Bei Grenzfällen hilft eine Musterbeschriftung. Wir lasern Ihr Bauteil in Rüthen mit dem echten Layout, messen die Markierzeit und sagen Ihnen, welche Leistungsklasse zu Ihrer Aufgabe passt. Den Gravis und den Integra bauen wir mit MOPA-Faserlaser von 20 bis 120 W, den GLX500 für große Teile und Automation je nach Variante mit 20 bis 200 W. Schicken Sie uns Ihre Anfrage über das Kontaktformular, gern direkt mit einem Probeteil.