UV-Laser ermöglicht qualitative Markierungen auf verschiedenen Materialien

2 Arbeiter stehen vor einem UV Laser

Reno Diemar (links) und Heiko Oechsner sind beide maßgeblich am Forschungsprojekt "EU-Laser-Marking" beteiligt.

 

Die Zukunft der industriellen Produktion liegt in flexibleren und anpassungsfähigeren Systemen. Die Anpassung an Kundenwünsche ist eine große Herausforderung in der Massenproduktion. Unter den vorhandenen Methoden ist die Ästhetik eine gern genutzte Möglichkeit, einen Wertzuwachs zu generieren. 
In Anbetracht dieser Entwicklung wurde im Oktober 2012 das UV-Marking Projekt gestartet, welches die Entwicklung eines neuen Lasersystems auf Basis ultravioletter Strahlung zum Ziel hatte. Damit wollen die acht Projektpartner qualitativ hochwertige, individuelle Markierungen auf verschiedenen Materialien, wie Glaskeramik, Keramik und Kunststoff erhalten.


Europäisch gefördertes Projekt 

Das 7. EU Forschungsrahmenprogramm war ein europäisches Programm der Förderperiode 2007 - 2013, welches verschiedene innovative Projekte wie das UV-Marking Projekt unterstützte. In 2014 wurde das Nachfolgeprojekt „Horizon 2020“ vom Europäischen Parlament und dem Europäischen Rat, welche auch die Legislatur der Forschungs- und Innovationsprojekte übernehmen, beschlossen. 


Enge Zusammenarbeit der Entwicklungspartner bildet das Grundgerüst für ein erfolgreiches Projekt 

Die intensive und enge Zusammenarbeit der Projektpartner war der Schlüssel zum Erfolg. Die erfahrenen Partner des UV Marking-Projekts deckten alle Bereiche der Wertschöpfungskette ab. BSH Hausgeräte Spanien war als Endkunde und Initiator des Projekts mit der Projektkoordination betraut. Der Laserhersteller Rofin Sinar Laser GmbH aus Deutschland arbeitete an allen laserbezogenen Themen. Verschiedene Material- und Additiventwickler forschten zusammen an der Entwicklung neuer Materialien, welche die geforderten Eigenschaften erfüllen: Ilva Glass SPA aus Italien und Torrecid S.A aus Spanien übernahmen den Bereich der Glas-Keramik und Keramik. Die Wirthwein AG, Deutschland, kümmerte sich um die Entwicklung von Kunststoffen, den Formenbau und die Abmusterung der Kunststoffkomponenten. Datalase Ltd, ein führender Anbieter von Pigmenten zum Laserbeschriften und -codieren von Bauteilen und Verpackungen aus UK, arbeitete an der Pigmententwicklung. 

Zudem übernahm das Institut für Materialwissenschaft Aragon (ICMA) – hierbei hauptsächlich die Universität aus Zaragoza – mit ihrem Spezialwissen über Material und Laser die Überprüfungen und wissenschaftliche Auswertung der Proben. Zuletzt sorgte der Software Entwickler U-MARQ Limited aus UK für die Integration der Produktionssoftware.

 

Laserentwicklung – Arbeitspaket 3

Neben der Materialentwicklung stand während des Projekts die Entwicklung eines neuen auf UV-Strahlung basierenden Lasersystems mit außerordentlichen Laserparametern wie hohe Repetitionsraten, kurze Pulse und hohe Leistung im Vordergrund. Anfangs wurden Rofins kommerziell erhältliche Laser mit niedriger Laserenergie benutzt, um den Zusammenhang zwischen dem Laser und den unterschiedlichen Proben festzustellen. Um die Markiergeschwindigkeit zu verbessern, wurde dann die Laserenergie kontinuierlich gesteigert - zunächst auf acht Watt, letztlich bis auf 20 Watt. Um die Materialien nicht zu beschädigen, mussten die Lasereigenschaften und -parameter materialspezifisch angepasst werden. Um schneller verschiedene Einstellungen zu testen, wurde ein Raster verwendet. 

Industrialisierung mit integrierter Produktionslinie bei BSH Zaragossa Montañana  

Am Ende des Projekts wurde bewiesen, dass individuelle Personalisierung im Serienprozess möglich ist. Eine neue Benutzersoftware wurde entwickelt, mit welcher die Kunden ihre eigenen Designs von zu Hause kreieren können, um diese entweder direkt an die Produktionsfirma oder beispielsweise in ein Küchenstudio zu übermitteln und so ihre personalisierten Produkte entwerfen zu können. 

Ein Laser-Prototyp wurde zum Vorführen der Software in die Produktionslinie von Induktionskochfeldern am Standort Zaragoza der BSH Hausgeräte Spanien integriert. Hier wurde die Kundenfreundlichkeit durch einfache Bedienung der Software bewiesen, sowie die Kommunikation zwischen Laser und Software getestet und die Markierung auf dem Bauteil unter Produktionsbedingungen vorgeführt. 

 

Farbige und verbesserte schwarze Markierungen für personalisierte Produkte 

Das UV-Marking Projekt bringt individuelle Markierungen höchster Qualität in die Produktionshallen europäischer Schlüsselindustrien. Das entwickelte Lasersystem geht an die Grenzen der Lasertechnologie hinsichtlich hoher Qualität und Markiergeschwindigkeit. Die entwickelten Materialien wurden den erhöhten Beanspruchungen angepasst, um hochwertige Markierungen herstellen zu können. Neben farbigen Markierungen in rot und blau, sind auch dunklere Markierungen in Graustufen auf Kunststoffen möglich, ohne dabei die Oberfläche zu beschädigen. 

Das UV-Laser-System eröffnet Unternehmen neue Möglichkeiten hinsichtlich Personalisierung von Produkten. Ein großer Vorteil der schnellen Laser-Markierung zum Ende des Produktionsprozesses, neben kürzeren Produktionszyklen und erhöhter Automatisierbarkeit, ist der minimierte Lagerbestand, da beispielsweise baugleiche Halbfertigprodukte mit lediglich visuellen Unterschieden nicht mehr parallel gelagert werden müssen. Zudem verringern sich die Einführungszeit von neuen Design-Produkten sowie die Lieferzeit bei gesteigerter Produktqualität. 

 

Markierung auf Glaskeramik und Keramik - Arbeitspaket 4 

Neben der Entwicklung im Hinblick auf die Markierbarkeit von Kunststoffen, wurde in einem zweiten Bereich des Projekts an der Verbesserung der Markierungen auf Glaskeramik und Keramik gearbeitet, wie sie bei Kühlschränken und Induktionskochfeldern zum Einsatz kommen. Die Hauptziele dieses Arbeitspakets lagen in der Verbesserung der UV-laser Strahlungsabsorption und der Entwicklung von Dekorationsstoffen sowie druckbarer Tinten für die Verwendung mit Glaskeramik und gebrannten Keramikplatten.