Zinkdruckguss lasern gehört bei vielen Gießereien und ihren Kunden zum Alltag, weil fast jedes Zamak-Teil eine Teilenummer, ein Herstellerzeichen oder einen DataMatrix-Code braucht. Eine eingegossene Schrift ist an die Form gebunden und kann weder Seriennummer noch Charge tragen. Der Faserlaser schreibt variable Daten direkt auf das Teil, ohne Etikett und ohne Prägestempel. Damit die Markierung Gleitschleifen und Galvanik übersteht, müssen Sie wissen, wie die Legierung auf den Laser reagiert.
Was Zamak für den Laser besonders macht
Zamak ist der Sammelname für Zinklegierungen mit rund 4 % Aluminium, die sich gut im Warmkammer-Druckguss verarbeiten lassen. Am häufigsten sind Zamak 3 (ZnAl4) und Zamak 5 (ZnAl4Cu1), das mit etwas Kupfer fester ist. Beide schmelzen bei etwa 380 bis 390 °C, Zink siedet bei rund 900 °C. Stahl schmilzt erst oberhalb von 1400 °C.
Für die Laserbearbeitung heißt das: Wenig Energie bringt die Oberfläche zum Schmelzen, und kurz danach verdampft das Zink. Der Abtrag geht schnell, aber die Schmelze ist dünnflüssig und läuft. Übernehmen Sie Parameter, die auf Stahl eine saubere Gravur ergeben, bekommen Sie auf Zamak Schmelzaufwürfe am Rand, einen unruhigen Grund und einen weißen Belag rund um die Schrift. Dieser Belag ist Zinkoxid, das sich aus dem Dampf niederschlägt.
Dazu kommt der Gießprozess. Ein Druckgussteil hat eine dichte, feinkörnige Randschicht, darunter kann das Gefüge Gasporen und Lunker enthalten. Solange der Laser in der Randschicht bleibt, ist der Grund der Markierung geschlossen. Graviert er tiefer, öffnet er unter Umständen Poren. Die Gravur sieht dann löchrig aus, und später sammeln sich dort Reinigungsmittel oder Feuchtigkeit. Setzen Sie Codes und Schriften deshalb auf Flächen mit sauberer Gusshaut und halten Sie Abstand zu Anschnitt, Überlauf und Auswerfermarken, wo das Gefüge oft weniger dicht ist.
Rohes Zamak beschriften und gravieren
Auf dem unbeschichteten Gussteil haben Sie zwei Möglichkeiten. Die schnellere ist eine flache Markierung, bei der der Laser die Oberfläche nur aufschmilzt und fein strukturiert. Mit kurzen Pulsen und hoher Frequenz entsteht eine dunkelgraue Schrift auf dem hellgrauen Grund. Ein MOPA-Faserlaser hat hier einen Vorteil, weil Sie die Pulsdauer klein einstellen und damit weniger Wärme ins Teil bringen. Je kürzer der Puls, desto weniger Schmelze entsteht. Was die einstellbare Pulsdauer sonst bewirkt, erklärt der Beitrag MOPA oder Q-Switched.
Die zweite Möglichkeit ist eine Gravur mit Tiefe. Auf Zamak gelingt sie am besten in vielen dünnen Schichten statt mit wenigen kräftigen Überfahrten. Jede Schicht trägt wenig ab, die Schmelze hat keine Zeit zu fließen, und der Rand bleibt scharf. Drehen Sie zwischen den Schichten den Schraffurwinkel, damit sich keine Rillen aufbauen. Eine letzte Überfahrt mit geringer Leistung glättet den Grund und löst Oxidreste. Den Zinkoxidbelag neben der Gravur nimmt eine gute Absaugung schon während des Markierens größtenteils mit, den Rest blasen Sie mit Druckluft ab.
Bei blankem Zink müssen Sie mit Weißrost rechnen. Unbeschichtetes Zamak bildet in feuchter Umgebung weiße Korrosionsprodukte, und eine frisch gelaserte, aufgeraute Fläche reagiert schneller als die glatte Gusshaut. Für Teile, die ohnehin beschichtet werden oder in trockenen Räumen bleiben, ist das unerheblich. Rohteile, die lange auf Lager liegen, schützen Sie nach dem Lasern mit Korrosionsschutzöl oder einer Passivierung.
Vor oder nach der Beschichtung lasern
Die meisten Zamak-Teile bleiben nicht roh. Armaturen und Beschläge bekommen eine galvanische Schichtfolge aus Kupfer, Nickel und Chrom, andere Teile werden pulverbeschichtet, lackiert oder passiviert. Damit stellt sich dieselbe Frage wie bei verzinktem Stahl: Markieren Sie vor oder nach der Beschichtung?
Wenn Sie vor der Galvanik lasern, liegt die Schutzschicht später auch über der Markierung. Glanzkupfer und Glanznickel füllen allerdings feine Vertiefungen auf, und das Gleitschleifen vor der Galvanik rundet Kanten ab. Eine flache Markierung ist nach dem Beschichten oft kaum noch zu sehen. Wer vorher markiert, braucht eine Gravur, die deutlich tiefer ist als die spätere Schicht dick. Der Kontrast entsteht dann allein durch Licht und Schatten in der Vertiefung. Klären Sie mit Ihrem Galvanikbetrieb, ob die gelaserte Fläche die Vorbehandlung genauso durchläuft wie der Rest des Teils. Oxidreste in der Gravur können die Haftung stören, wenn die Vorbehandlung sie nicht vollständig entfernt. Die Reinigungsüberfahrt am Ende der Gravur ist hier besonders wichtig.
Nach der Beschichtung zu lasern ergibt den besseren Kontrast. Auf Pulverlack und Nasslack trägt der Faserlaser die Schicht randscharf ab, und das Zink darunter erscheint hell auf farbigem Grund. Wie Sie dabei genau bis auf den Grundwerkstoff abtragen, beschreibt der Beitrag zu lackierten Oberflächen. Auf Chrom erzeugt der Laser eine dunkle oder matte Markierung in der Chromschicht. Wo er die Schichtfolge durchbricht, liegt allerdings Zink frei. Bei einer Sanitärarmatur, die täglich Wasser und Reinigern ausgesetzt ist, blüht dort zuerst Weißrost auf, oder die Beschichtung wird von der Schrift aus unterwandert. Stellen Sie den Laser für solche Teile so ein, dass er die Chromschicht nur verfärbt oder aufraut und das Nickel darunter nicht erreicht. Ein Testraster am Serienteil zeigt, bis zu welcher Leistung die Schicht geschlossen bleibt.
DataMatrix und Rückverfolgbarkeit auf Druckguss
Automobilzulieferer und Hersteller von Sicherheitsbauteilen verlangen immer öfter einen DataMatrix-Code direkt auf dem Gussteil. Der Code verknüpft das Teil mit Gießmaschine, Form, Schicht und Prozessdaten.
Auf Zamak funktioniert das zuverlässig, wenn die Codefläche eben und porenfrei ist. Am besten sieht der Konstrukteur sie schon im Gussteil vor, als kleine plane Fläche abseits von Trennebene und Anschnitt. Den Kontrast stimmen Sie auf die Beleuchtung der Kamera ab: Ein dunkler, flach markierter Code auf heller Gusshaut liest sich unter diffusem Licht gut, eine tiefe Gravur eher unter flachem Streiflicht. Wird das Teil nach dem Markieren noch gleitgeschliffen oder gestrahlt, muss der Code auch diese Behandlung überstehen. Testen Sie das an Musterteilen, bevor Sie Modulgröße und Codeformat festlegen. Hinweise zu Codegröße und Lesbarkeit gibt der Beitrag zu QR-Codes, Barcodes und DataMatrix.
Absaugung beim Lasern von Zink
Beim Lasern von Zamak verdampft Zink und kondensiert sofort zu feinem Zinkoxid. Wer diesen Rauch einatmet, riskiert Metallrauchfieber, eine grippeähnliche Reaktion, die Gießer und Schweißer kennen. Eine Absaugung mit Partikelfilter direkt am Markierfeld ist deshalb Pflicht, auch bei kleinen Stückzahlen. Sie hält außerdem das Schutzglas der Optik sauber. Setzt sich dort Zinkoxid als matter Film ab, kommt weniger Leistung am Werkstück an, und die Markierung wird über die Schicht hinweg blasser. In einer umhausten Station der Laserklasse 1 bleiben Rauch und Laserstrahlung im Gehäuse.
Parameter für Zinkdruckguss finden
Starten Sie mit einem Testraster auf echten Serienteilen. Ein Blech aus Reinzink reagiert anders als die Gusshaut einer Zamak-Legierung. Variieren Sie Leistung und Geschwindigkeit, und halten Sie Frequenz und Linienabstand zunächst fest. Für die flache Markierung suchen Sie das Feld mit dem dunkelsten gleichmäßigen Grau ohne glänzende Schmelzinseln. Bei der Gravur bewerten Sie Randschärfe und Grund unter der Lupe und messen die Tiefe pro Schicht. Daraus ergibt sich die Zahl der Durchgänge für die Zieltiefe. Wie Sie das Raster aufbauen und auswerten, steht im Beitrag Laserparameter einstellen.
Prüfen Sie anschließend Teile aus verschiedenen Kavitäten und aus mehreren Schichten. Druckguss streut in Oberfläche und Randschicht stärker als gewalztes Material. Ein Parametersatz, der auf dem ersten Muster gut aussieht, muss auch auf dem Teil mit mehr Trennmittelrest funktionieren.
Welcher Beschriftungslaser zu Zamak-Teilen passt
Für rohes und beschichtetes Zamak ist der MOPA-Faserlaser mit 1064 nm die übliche Wahl. Beschläge, Griffe und Gehäuse in kleinen bis mittleren Serien markieren Sie im GRAVIS Faserlaser, einer umhausten Station der Laserklasse 1. Soll der Laser direkt in die Druckgusszelle, etwa hinter die Entgratpresse oder in eine Roboterzelle, ist der INTEGRA als Integrationsgerät gebaut. Große Teile und automatisierte Abläufe deckt der GLX500 ab.
Schicken Sie uns Musterteile, roh oder beschichtet. Wir markieren sie bei uns in Rüthen und dokumentieren die Parameter, mit denen das Ergebnis entstanden ist. Sprechen Sie uns an, wenn Sie Ihre Zamak-Teile dauerhaft kennzeichnen wollen.