Einzelteile und Serien individuell beschriften

Dafür benötigen Hersteller Kennzeichnungs-Methoden, die Beschriftungen dauerhaft auf jeder Oberfläche einfach und schnell anbringen. Leider haben konventionelle Beschriftungsmethoden oft Probleme unterschiedliche Materialien oder Geometrien zuverlässig zu markieren. Im Gegensatz zu Drucken oder mechanischem Gravieren bietet die berührungslose Laserbeschriftung praktisch unbegrenzte Möglichkeiten. Der Laserstrahl «zeichnet» Zahlen, Buchstaben oder Grafiken schnell, ohne Abnutzung und lässt sich sowohl für Einzelstücke als auch bei der Serien-Inlinefertigung einsetzen.
Der Traum der Fertigung ist eine Maschine, die wartungsfrei und schnell arbeitet, dabei alle möglichen Produkte herstellen kann und dazu praktisch in Nullzeit umzurüsten ist. Dieser eierlegenden Wollmilchsau kommen inzwischen moderne Laserbeschriftungssysteme sehr nahe. Während verschleissanfällige Drucker oder mechanische Graviermaschinen aufwendig umgerüstet werden müssen beziehungsweise von Hand an unterschiedliche Werkstoffe, Druckvorlagen usw. anzupassen sind, geht bei Laserbeschriftungsgeräten ein Werkstoffwechsel schnell und die Zeichenmöglichkeiten sind praktisch universell. Trotec Laser bietet dafür unterschiedliche Konzepte. Die Bandbreite reicht von kleinen, ausbaufähigen Lösungen bis hin zu Geräten mit Inline-Einbindung für die industrielle Massenfertigung.

Grundlagen der Werkstoffmarkierung
Während Rohmaterialien nur temporär beschriftet werden, um sie zu unterscheiden, müssen fertige Produkte möglichst dauerhaft markiert sein. So können sie idealerweise weit über die Produktlebensdauer hinweg exakt erkannt und gegebenenfalls rückverfolgt und recycelt werden. Neben Markierungen für die Qualitätssicherung oder Firmenlogos für den Wiedererkennungswert sind auch dauerhafte funktionelle Beschriftungen oft essentiell. Konventionelle Markierungen wie Aufkleber oder der Aufdruck von Farbe auf Metall lassen sich leicht entfernen. Mechanisches Gravieren dagegen ist durch den dazu nötigen Materialabtrag dauerhaft, schädigt aber die Oberflächen zumindest leicht. Die Lasermarkierung kennt diese Probleme nicht. Je nach Energieeintrag lassen sich sowohl oberflächenneutrale Anlassfarben erzeugen als auch durch Verdampfen oder bei Kunststoffen durch Aufschäumen gezielte Oberflächenveränderungen erzielen. Immer ist das Ergebnis eine präzise, dauerhafte Kennzeichnung, die in Sekundenschnelle aufgebracht wird. Dabei sind alle verwendeten Komponenten universell einsetzbar, lediglich Parameter wie die Wellenlänge und Abgabeleistung müssen materialspezifisch eingestellt werden zum Beispiel für bestimmte Metalle, Kunststoffe oder Naturmaterialien. Mit einer durchdachten Steuerungssoftware wird die Maschine zum «Schweizer Taschenmesser» für Beschriftungen.

Anwendungsbeispiel: Inline-Markierung
Sollen Serienprodukte in hoher Stückzahl rückverfolgbar markiert werden, so ist das nicht nur für die Logistik eine Herausforderung. Die Beck Sensortechnik GmbH stellt Druck- und Differenzdruckschalter für die unterschiedlichsten Einsatzgebiete her. Zahlreiche Varianten bauen dabei auf identischen Grundgehäusen aus Kunststoff auf, hinzu kommen noch Kunststoffabdeckhauben und zahlreiche Drehknöpfe zur individuellen Sensoranpassung mit unterschiedlichen Skalen. Der bisherige Aufwand für die bedruckten Kunststoffteile war recht hoch: vom Spritzgusslieferanten ging es zur Druckerei, von dort zum Lager. Es wurde jeweils chargenweise produziert und die unterschiedlich bedruckten Varianten einzeln eingelagert und zur Produktion geliefert. Jedes beschriftete Einzelteil musste immer in ausreichender Stückzahl vorrätig sein, auch wenn es sich beim Aufdruck nur minimal unterschied.
Mit der Einführung des Beschriftungslasers SpeedMarker FL inline wurde die Teilelogistik und der Arbeitsablauf deutlich einfacher. Statt einzelner Chargen fertig bedruckter Teile werden nur noch grössere Mengen neutraler Kunststoffteile bezogen und eingelagert. Das ERP-System gibt dann je nach Bestelleingang Fertigungsaufträge an die jeweilige Linie und übermittelt auch Beschriftungsdaten. Der Sensor wird nun aus allen modellspezifischen Komponenten zusammengesetzt und am Ende der Fertigungslinie durch einen inline Laser mit der richtigen Seriennummer, Produktbezeichnung, individuellem Brandlabeling wie Kundenlogo oder kundenspezifische Typisierung beschriftet. Selbst eine eventuelle Skaleneinteilung wird erst am Ende beim fertigen Produkt eingebrannt. «Benötigten wir früher für die Produktion rund acht unterschiedliche Grundgehäuse und zirka 250 unterschiedlich markierte Einstellräder, so reduziert die Lasermarkierungstechnik die Vielfalt nun auf jeweils ein einziges Grundmodell. Das neue Teilemanagement spart daher deutlich Arbeitszeit und Kosten ein» erläutert Andreas Kummer, Leiter Qualitätswesen bei Beck. «Das Markierungssystem bekommt über die EDV auftragsspezifisch die nötigen Daten und schreibt dann vollautomatisch. So können wir selbst stark abweichende individuelle Kennungen schnell umsetzen. Nach kurzer Abstimmungsarbeit auf den eingesetzten Kunststoff mithilfe der Trotec-Spezialisten war das System betriebsbereit. Dank der weitgehend intuitiv zu bedienenden Programmiersoftware für neue Schriften, Logos usw. können wir schnell auf Marktanforderungen reagieren und neue Motive einrichten. Das System läuft so gut und wirtschaftlich, dass wir planen es auch für Metallbauteile mit ähnlichen Anforderungen einzusetzen.»

Anwendungsbeispiel: Beschriftung nach Mass
Ganz anders liegen die Einsatzbedingungen für die Laserbeschriftung bei der Dreilich Edelstahlverarbeitung GmbH. Bei der Fertigung von WC & Waschraumausstattung aus Edelstahl wie Waschbecken, Edelstahlspiegeln, Kleiderhaken, hygienischen Abfalleimern oder Abdeckplatten und -leisten sind nicht nur unterschiedliche Markierungen wichtig, auch die stark voneinander abweichenden Formen und Grössen der Produkte von Scheckkarten- bis Kühlschrankgrösse stellt besondere Anforderungen an das Markierungssystem. Hinzu kommt, dass alle Produkte nur in jeweils kleiner Auflage hergestellt werden, die Rüstkosten für konventionelle Beschriftungsmaschinen sind daher recht hoch. Bisher wurden die Teile durch Elektroätzen markiert. Das Verfahren benötigt aber Zeit, bei Chemikalien und für markante Zeichen muss zwischendurch sowie am Ende das abgetragene Material abgewaschen werden, zudem sind feinste Striche und Linien nur schwer mit deutlichem Kontrast aufzubringen.
Durch den Einsatz des SpeedMarker 1300XL mit einer Arbeitsfläche von 1000x450 mm und einem 100 W MOPA-Faserlaser stehen nun mehr Freiheitsgrade bei der Markierung zur Verfügung. Der Laserbeschrifter wurde bewusst als Stand-alone-Gerät ausgewählt ohne Einbindung in die EDV. Da auch Kleinserien nach Bedarf aufgelegt werden, ist eine manuelle Fertigung auch bei der Beschriftung wirtschaftlicher. Alle Motive werden mit der Software im Büro erstellt und über das Netzwerk oder einen USB-Stick auf den SpeedMarker übertragen. Für alle Bauteile gibt es einmalig erstellte Lageschablonen für die Laser-Arbeitsfläche in die die jeweiligen Werkstücke von Hand eingelegt werden. Dann wird die Schutzhaube geschlossen, das Motiv ausgewählt und der Beschriftungsvorgang startet auf Knopfdruck. «Für uns war die Flexibilität der Beschriftung sehr wichtig, da wir sehr kundenorientiert arbeiten. Je nach Einsatzzweck müssen teilweise komplexe Logos, Beschriftungen oder Seriennummern markiert werden. Das ist durch das durchdachte Bedienprogramm SpeedMark auch für Anfänger nach nur kurzer Einarbeitungszeit möglich», so Geschäftsführer Benjamin Dreilich. «Besonders wichtig ist für uns auch die hohe Variabilität beim Farbspektrum. Die Palette reicht vom leichten Grau bis zum tiefsten Schwarz, selbst bei feinsten Linien und Punkten.» Möchte der Kunde farbige Logos, kann das nun auch über Anlassfarben des markierten Metalls umgesetzt werden. Das erschliesst ganz neue Markierungsmöglichkeiten. Selbst sehr robuste Tiefenmarkierungen können «graviert» werden, zum Beispiel bei häufig und stark genutzten Edelstahlarmaturen kann der Laser rund drei Zehntel Millimeter tiefe Markierungen einbrennen, die dann mit schwarzer Farbe hinterlegt werden. Das früher dazu nötige Fräsen entfällt. «Der Beschriftungsvorgang per Laser ist deutlich schneller und kostengünstiger, denn es fallen weder Umrüstungs- noch Verbrauchskosten an.» führt Dreilich weiter aus. «Auch der Service von Trotec arbeitet hervorragend, nach einem Störfall wurde das nötige Ersatzteil auch am Jahresende umgehend geliefert. So konnte ein wichtiger Auftrag gerettet werden.»

Anwendungsbeispiel: Qualitätssicherung und Rückverfolgbarkeit
Oft benötigen auch kleine Serien eine dauerhafte Kennzeichnung wie zum Beispiel die Produkte der Blaufaktor GmbH. Die Firma stellt Wasserfilter und dazu passende Zubehör-Module her. Wegen der vorgeschriebenen Rückverfolgbarkeit müssen die aus Aluminium gefertigten Produkte dauerhaft und individuell markiert werden. Bisher wurden die in einer Dreherei hergestellten Grundgehäuse in einen externen Betrieb zur Beschriftung und von dort dann zur eigentlichen Filterproduktion transportiert. Da die Zubehör-Module ebenfalls extern markiert wurden, war die Zusammenstellung der individuell beschrifteten Zulieferteile keine triviale Aufgabe. Durch den Einsatz der Laserbeschriftung mit einem direkt in der Dreherei aufgestellten Speed Marker 700 (Bearbeitungsfläche zirka 580x495 mm und 20 bis 100 W Strahlleistung) wurde die Logistik deutlich einfacher. Das Stand-alone-Gerät markiert die gefertigten Teile direkt vor Ort und spart so einen Teil der bisherigen Lieferkette ein. Patrick Leichtenstern, Geschäftsführer bei Blaufaktor, schätzt an der neuen Lösung besonders die Flexibilität: «Wir können nun noch schneller auf individuelle Kundenwünsche bei der Markierung mit Seriennummern, Produktbezeichnungen oder Logos reagieren und das bei geringeren Kosten» Das selbsterklärende Menü für die Vorlagenerstellung erlaubt über eine Drag-&-drop-Funktion die schnelle Umsetzung komplexer Beschriftungen. Auch der Einstieg in die neue Technik ist einfach, schon nach zirka zwei Stunden gab es sehr gute Ergebnisse am PC. «Das Einspielen der Daten ist per USB-Stick schnell erledigt, die nötige Halterung für die Gehäuse wurde schnell aus einfachen Kunststoffbausteinen zusammengesteckt. Das funktionierte so gut, dass diese Werkstückhalterung und weitere Haltevorrichtungen noch heute aus diesen Bausteinen aufgebaut und verwendet werden.» führt Leichtenstern weiter aus. Da das Lasersystem eine grosse Bandbreite an Legierungen bearbeiten kann, soll die neue Markierungsmethode nach und nach auch für andere Metalllegierungen übernommen werden und auch dort den Arbeitsablauf effizienter und wirtschaftlicher gestalten.

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