Bei der Laserbeschriftung im Werkzeug- und Formenbau stehen zwei Aufgaben nebeneinander. Die eine betrifft das Werkzeug als Baugruppe: Werkzeugnummer auf der Formplatte, Positionsnummern auf Auswerferstiften, IN und OUT an den Kühlanschlüssen. Die andere sitzt in der Kavität. Werkstoffkennzeichnung, Kundenlogo oder Kavitätennummer gravieren Sie dort einmal, danach erscheinen sie auf jedem Teil, das aus dem Werkzeug kommt. Für die erste Aufgabe genügt eine dauerhafte, lesbare Markierung. Bei der zweiten entscheiden Spiegelung und Gravurtiefe über das Ergebnis am Spritzteil, und vor allem der Zustand der Gravurkanten.
Was im Werkzeugbau gekennzeichnet wird
Ein Spritzgießwerkzeug besteht aus Dutzenden Einzelteilen, und viele davon sehen sich zum Verwechseln ähnlich. Auswerferstifte mit konturierter Stirnfläche passen nur an eine Position und nur in einer Winkellage. Schieber, Kerne und Einsätze müssen nach der Wartung wieder dorthin, wo sie ausgebaut wurden. Die Formplatten tragen Werkzeug- und Auftragsnummer, oft auch das Gewicht, und die Kühlkreise eine Nummerierung, damit der Einrichter die Schläuche richtig anschließt.
Im Stanz- und Umformwerkzeugbau sieht es ähnlich aus. Stempel und Schneidplatten bekommen eine Nummer und oft eine Markierung für die Einbaurichtung. Setzen Sie die Nummer zu nah an die Schneide, schleifen Sie sie beim nächsten Nachschärfen weg. Für Stempel aus Hartmetall gelten beim Wärmeeintrag eigene Regeln, die wir im Beitrag Hartmetall lasern beschreiben.
Für die Werkzeugverwaltung können Sie zusätzlich einen DataMatrix-Code auf die Formplatte lasern. Beim Rüsten liest der Einrichter den Code, und die Software gleicht ab, ob das richtige Werkzeug auf der richtigen Maschine sitzt.
Laserbeschriftung im Formenbau: Schriften in der Kavität
Gespiegelt und vertieft
Alles, was in der Kavität steht, erscheint auf dem Spritzteil seitenverkehrt. Die Schrift im Werkzeug legen Sie deshalb gespiegelt an. Das klingt banal, und trotzdem fällt eine ungespiegelte Gravur oft erst am ersten abgemusterten Teil auf.
Eine Vertiefung im Werkzeug wird auf dem Teil zur erhabenen Schrift. Für den Laser ist das der günstige Fall, er trägt nur die Buchstaben selbst ab. Soll die Schrift auf dem Teil vertieft erscheinen, muss im Werkzeug alles rund um die Buchstaben weg, und das ist ein Vielfaches an Volumen. Fragen Sie in diesem Fall beim Produktdesign nach, ob ein abgesenktes Feld mit erhabener Schrift genügt.
Tiefe, Flanken und Gravurgrund
Für gut lesbare erhabene Schrift auf dem Kunststoffteil reichen oft 0,1 bis 0,2 mm Gravurtiefe. Der Faserlaser baut diese Tiefe in vielen dünnen Schichten auf. Wie das funktioniert und warum man den Fokus bei tieferen Gravuren nachführt, erklärt der Beitrag zur Tiefengravur mit dem Laser.
Die Flanken einer Lasergravur stehen leicht schräg, weil am Rand des Strahls weniger Energie ankommt. Im Formenbau hilft diese Schräge beim Entformen. Der Gravurgrund wird matt. Auf dem Spritzteil stehen dann matte Buchstaben auf glänzender Fläche, und dieser Unterschied macht die Schrift auch ohne Farbe gut lesbar.
Der Aufwurf am Rand
Beim Abtragen schmilzt ein kleiner Teil des Stahls und erstarrt am Rand der Gravur als feiner Wulst. Auf einem Typenschild stört das niemanden. In einer polierten Kavität zeichnet sich dieser Aufwurf als Rille im Spritzteil ab, und an rauen Kanten kann das Teil beim Entformen hängen bleiben.
Kurze Pulse, wie sie eine MOPA-Quelle erlaubt, und ein abschließender Durchgang mit wenig Energie halten den Aufwurf sehr flach. Noch sicherer ist die Reihenfolge: zuerst gravieren, danach die Fläche fertig polieren. Dasselbe gilt für Nitrieren und PVD-Beschichtungen. Die Gravur sollte vorher drin sein, weil der Laser die Schicht an dieser Stelle sonst wieder entfernt.
Gehärteter Stahl: Beschriften nach der Wärmebehandlung
Formeinsätze aus 1.2343 oder 1.2083 sind nach dem Härten oft über 50 HRC hart. Gravurfräsen kommt da an seine Grenzen. Der Laser bearbeitet den Stahl thermisch, und für den Abtrag zählt, wie gut das Material die Wellenlänge von 1064 nm absorbiert. Die Härte hat darauf kaum Einfluss. Vergütete Formstähle wie 1.2312 lassen sich genauso bearbeiten.
Für den Werkzeugbau bedeutet das: Die Beschriftung kann ganz am Ende kommen, wenn das Werkzeug gehärtet, geschliffen und abgemustert ist. Ändert der Kunde nach der Freigabe die Artikelnummer oder den Revisionsstand, gravieren Sie die neue Angabe in den fertigen Einsatz, ohne Elektrode und ohne neue Wärmebehandlung. Die Wärmeeinflusszone bleibt bei gepulster Bearbeitung schmal. Bei hoch belasteten Kanten und dünnen Stegen planen Sie trotzdem Abstand ein und fahren den Prozess vorher an einem Reststück.
Laser, Erodieren oder Fräsen?
Beim Senkerodieren brauchen Sie für jede Schrift eine Elektrode aus Graphit oder Kupfer, die selbst erst gefräst werden muss. Das lohnt sich bei großen, tiefen Strukturen oder wenn eine Elektrode ohnehin für mehrere Kavitäten verwendet wird. Gravurfräsen in gehärtetem Stahl kostet Werkzeugverschleiß, und sehr kleine Schriften stoßen schnell an den kleinsten verfügbaren Fräserdurchmesser.
Der Laser arbeitet direkt aus den Vektordaten. Eine Textzeile oder eine Werkstoffkennzeichnung wie >PA6-GF30< ist fertig programmiert, sobald die Datei steht, und Zeichenhöhen unter einem Millimeter sind kein Sonderfall. Seine Grenze hat der Beschriftungslaser beim Volumen. Großflächige Abträge über mehrere Millimeter Tiefe dauern lange, und das vollflächige Narben einer ganzen Kavität erledigen spezielle Laserstrukturieranlagen mit fünf Achsen. Logos, Recyclingzeichen und kleine strukturierte Flächen gehören dagegen zum normalen Aufgabenbereich eines Faserlasers.
Werkstoffkennzeichnung, Kavitätennummer und Datumsstempel
Die Norm ISO 11469 beschreibt, wie Kunststoffteile mit dem Kurzzeichen ihres Werkstoffs gekennzeichnet werden, eingefasst in spitze Klammern. Recycler sortieren danach, und viele Abnehmer schreiben die Angabe in ihren Zeichnungen vor. Bei Mehrfachwerkzeugen gehört die Kavitätennummer dazu. Taucht ein fehlerhaftes Teil auf, sehen Sie sofort, aus welchem Nest es stammt.
Datumsstempel mit drehbarem Pfeil kommen meist als fertige Normalie in eine Passbohrung. Die übrige Beschriftung rund um den Stempel lasern Sie direkt in den Einsatz.
Welche Maschine für welches Werkzeugteil
Auswerferstifte, Kerne, Stempel und kleine Einsätze passen in eine kompakte Arbeitsstation. Der GRAVIS mit Faserlaser ist ein Gerät der Laserklasse 1 für Einzelteile und kleine bis mittlere Serien. Auswerferstifte beschriften Sie am Kopf, weil die Stirnfläche zur Kontur gehört und sich jede Markierung dort auf dem Spritzteil abbilden würde.
Formplatten und komplette Werkzeughälften wiegen schnell mehrere hundert Kilogramm. Dafür brauchen Sie einen großen Arbeitsraum, ausreichend Hub in Z und eine Aufnahme, die das Gewicht trägt. Der GLX500 ist für große Formate und automatisierte Abläufe ausgelegt. Liegen Schriften in der Kavität auf schrägen oder gestuften Flächen, fahren Sie die Fokuslage für jede Ebene getrennt an, weil die Schärfentiefe des fokussierten Strahls begrenzt ist.
Vom Probestück zum fertigen Einsatz
Bevor die erste Schrift in einen fertigen Einsatz geht, lohnt sich ein Probestück aus demselben Stahl im selben Härtezustand. Daran prüfen Sie Tiefe, Flankenwinkel, Grundrauheit und Aufwurf. Ein Silikonabdruck der Gravur zeigt Ihnen die Schrift so, wie sie später auf dem Teil steht. Wir lasern solche Muster auch für Formenbauer auf deren eigenen Teilen. Schicken Sie uns Zeichnung und Werkstoff über das Kontaktformular, dann stimmen wir die Parameter gemeinsam mit Ihnen ab.