Was ist Laserätzen von Oberflächen?

Laserätzen ist ein weit gefasster Begriff, der verschiedene Beschriftungs- und flache Gravurverfahren umfasst. Es wird auf so unterschiedlichen Produkten wie Autoteilen, medizinischen Geräten, Weinfässern, mikroelektronischen Komponenten und Grabsteinen verwendet.

Das Laserätzen von Oberflächen ist eine Methode zur Erzeugung sichtbarer Beschriftungen oder Muster auf einer Vielzahl von Materialien. In der Tat variiert die genaue Definition von „Ätzen“ (im Gegensatz zu „Markieren“ oder „Gravieren“) je nach Material und Anwendung. 

Das Laserätzen von Oberflächen kann sowohl für funktionale Anwendungen als auch Markieren verwendet werden. Hierbei wird immer das Oberflächenprofil eines Teils verändert. Aber diese Veränderung des Profils, die entweder ein erhöhter oder ein abgesenkter Bereich sein kann, ist im Allgemeinen sehr flach ausgeführt.

Das Laserätzen von Oberflächen wird auf die gleiche Weise durchgeführt wie viele andere Laserprozesse zum Markieren, Gravieren oder Schneiden. Tatsächlich ist es gar nicht so ungewöhnlich, dass ein einziges Lasergerät all diese Funktionen erfüllt. 

Um das gewünschte Muster zu erzeugen, scannt der meist gepulste Laserstrahl über die Oberfläche des Teils, während er moduliert wird. Eine Möglichkeit, diese Bewegung zu erzeugen, ist ein Galvanometer-Scanner-System. In diesem Fall wird die Strahlbewegung mit beweglichen Spiegeln erreicht. Diese Methode wird wegen ihrer hohen Geschwindigkeit häufig eingesetzt. Außerdem eignet sich diese Technik zum Ätzen von gekrümmten Teilen (oft in Kombination mit einer Drehbewegung des Teils).

Alternativ kann die Optik (oder das Teil selbst) mithilfe linearer Bewegungstische bewegt werden, um das Beschriftungsmuster zu zeichnen. Größere Teile wie Schilder und Denkmäler werden fast immer auf diese Weise geätzt. 

Jeder Werkstoff

Fast jede Art von Material kann mit dem Laser graviert geätzt. Dazu gehören Metalle, Kunststoff, Glas und Keramik, Naturstein und Halbleiter. 

Das Laserätzen von Metallteilen wird in vielen Branchen eingesetzt, darunter Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Öl- und Gasindustrie und viele mehr. Es kann auf jedem Metall angewendet werden, einschließlich Aluminium, Stahl, Messing, Kupfer und Titan.

Beim Laserätzen von Oberflächen wird das Material normalerweise erhitzt, bis es schmilzt und teilweise verdampft. Nach diesem kurzen Lasererwärmungszyklus kühlt das Material sofort ab. Die Laserbearbeitung hinterlässt einen erhabenen oder vertieften Bereich, der eine rauere Textur oder glattere Oberfläche aufweisen kann. 

Bei Metallen verändert das Laserätzen die Oberflächenhöhe normalerweise um weniger als 25 µm. Im Gegensatz dazu ist die Laser-Tiefengravur oft zehnmal so tief. Da beim Laserätzen von Oberflächen viel mehr Material entfernt werden muss, kann das Laserätzen in der Regel viel schneller durchgeführt werden. 

Ein weiterer Vorteil des Laserätzens ist, dass die erzeugten Beschriftungen dunkel, hell oder sogar in Grautönen erscheinen können. Die Lasergravur erzeugt in der Regel nur dunkle Beschriftungen. Allerdings sind die flacheren geätzten Beschriftungen nicht so dauerhaft und abriebfest wie gravierte Beschriftungen. 

Glas wird für dekorative Zwecke und Beschriftungen mit dem Laser geätzt. Auf Trinkgläser, Tassen, Flaschen, Auszeichnungstafeln, Spiegel und vieles mehr können Text, Designs und andere komplexe Muster, sogar mit Bildern, gelasert werden. In der Industrie werden viele Produkte, die in Glasbehältern geliefert werden, wie z. B. Getränke oder Pharmazeutika, mit Informationen wie Chargennummern und Verfallsdaten versehen. In ähnlicher Weise können Glassubstrate, die in der Mikroelektronik und bei der Herstellung von Bildschirmen verwendet werden, mit Seriennummern und Tracking-Codes versehen werden. 

Der mit dem Laser geätzte Bereich auf dem Glas erscheint „mattiert“ – also durchscheinend, aber nicht transparent. Dies wird erreicht, indem eine sehr kleine Menge an Material entfernt wird, typischerweise weniger als 25 µm. Und vor allem entsteht durch Laserätzen eine viel rauere Oberflächenstruktur. 

Das Laserätzen von Oberflächen hat gegenüber anderen mechanischen und chemischen Methoden den Vorteil, dass es schnell und sauber ist und sich gut für gekrümmte Oberflächen eignet (wie sie bei Weingläsern, Flaschen und dergleichen üblich sind). 

Das Laserätzen von Naturstein – wie Granit oder Marmor – wird häufig für Grabsteine, Tafeln, rutschfeste Fliesen und architektonische Zwecke verwendet. Wie beim Ätzen von Glas wird eine sehr kleine Schicht des Materials entfernt und die Oberflächenstruktur verändert. 

Das Laserätzen wird fast immer verwendet, um eine helle Beschriftung auf einer dunklen Steinoberfläche zu erzeugen. Das lasergeätzte Muster besteht aus zahlreichen kleinen, dicht beieinander liegenden Punkten, so wie Fotos in Zeitungen abgebildet werden. Damit kann praktisch jedes Muster geätzt werden, und sogar Graustufen sind möglich. So lassen sich neben Text auch Fotos, Zeichnungen und andere Motive problemlos ätzen. 

Laserätzen auf Stein bieten in der Regel eine bessere Sichtbarkeit der Beschriftung als Sandstrahlen oder mechanische Gravuren. Es geht auch viel schneller als diese anderen Methoden.

Polymere werden in einer extrem breiten Palette von industriellen, medizinischen und Konsumgütern mit dem Laser beschriftet. Aufgrund der enormen Vielfalt der möglichen Materialien und Prozesse ist es schwieriger, genau zu definieren, was Laserätzen von Polymeren ausmacht und wie sich dieser Prozess von der Beschriftung oder Gravur unterscheidet. Die häufig verwendete Technik des „Aufschäumens“ – die eine helle Beschriftung auf einer dunklen Kunststoffsorte erzeugt – könnte zu Recht als eine Form des Ätzen angesehen werden, da sie nur ein geringes Oberflächenrelief (weniger als 50 µm) erzeugt. 

Da sich durch Laserätzen kontrastreiche Beschriftungen in Polymeren erzeugen lassen, ohne dass dem Teil viel Wärme zugeführt wird, ist dieses Verfahren auch in der Halbleiter- und Mikroelektronikproduktion sehr beliebt. Zum Beispiel können elektronische Chips und andere Halbleiter-Packages beschriftet werden, ohne die darin enthaltenen Schaltkreise zu beschädigen. 

Das Laserätzen von Halbleitern selbst wird bei der Herstellung von Mikroelektronik eingesetzt. Das liegt daran, dass die geringe Beschriftungstiefe – oft 10 µm oder weniger – eine kontrastreiche Beschriftung erzeugt, die keine Schäden an den umliegenden oder darunter liegenden Schaltkreisen verursacht. Das Laserätzen ist besonders nützlich für die Beschriftung von Seriennummern und anderen Kennzeichnungen auf der Rückseite von Wafern. Es wird auch auf dünnen Formkappen von Bauelementen verwendet.

Laser zum Ätzen

Aufgrund des breiten Spektrums an Materialien und der unterschiedlichen Anforderungen werden viele verschiedene Arten von Lasern zum Ätzen verwendet. Typische Beispiele sind: