Teilekennzeichnung „on the fly“

So wichtig es im Leben ist, ein Zeichen zu setzen, ist es auch ein wesentlicher Bestandteil vieler Produktherstellungsprozesse. Produktmarkierungen können verschiedene Formen annehmen, darunter Logos, QR-Codes und Seriennummern. In manchen Branchen ist es für die Rückverfolgbarkeit unerlässlich, jedes Teil mit einer eindeutigen Markierung zu versehen.

Das Problem besteht jedoch darin, dass gängige statische Markierungstechniken nicht gut für moderne automatisierte Fertigungsprozesse geeignet sind, die auf die Minimierung der Zykluszeit ausgerichtet sind. Aber wenn ihr Budget es zulässt, haben Fabriken eine andere Option: vollautomatische Lasermarkierungssysteme, die für die Integration in Fertigungslinien konzipiert sind. Durch die Markierung „im laufenden Betrieb“, während sich Teile entlang der Linie bewegen, können diese Systeme ihre Arbeit erledigen, ohne die Produktion zu verlangsamen.

Das Markieren im Handumdrehen kann auch mit Tinte erfolgen, aber Unternehmen, die Lasersysteme verkaufen, sagen, dass ihre Technologie die bessere Wahl sei. Sie weisen zum einen darauf hin, dass Laser haltbarere Markierungen auf Teilen hinterlassen.

Laser hinterlassen unauslöschliche Spuren auf Teilen. Bild mit freundlicher Genehmigung von Trumpf

„Mit dem Laser verändert man das Material und erhält eine kratzfestere Markierung im Vergleich zu einem Tintenstrahldrucker, bei dem sich die Markierung nur auf der Oberfläche und nicht in der Oberfläche befindet“, sagte Albert Jung, Spezialist für Markierungstechnologie bei Trumpf Inc. in Farmington, Connecticut. „Sie können eine Tinte abkratzen, aber eine (Laser-)Markierung muss von einem Stahlteil abgeschliffen werden.“

Darüber hinaus geben Lasermarkierungsunternehmen an, dass ihre Systeme zuverlässiger sind als ihre Tintenstrahl-Pendants, deren Düsen verstopfen und die Markierung erschweren können.

Daher „benötigen sie ständig Wartung“, sagte Jerome Landry, Anwendungsspezialist bei Laserax Inc. in Quebec City.

Im Gegensatz dazu sei ein Lasersystem wartungsfrei, sagte er.

„Man installiert es“, sagte Landry, „und im Grunde hat man etwas, das ohne Probleme funktioniert.“

Dann gibt es noch den Kontrast zu den Verbrauchsmaterialien.

Verkäufer tintenbasierter Systeme „verdienen ihr Geld wirklich mit den Verbrauchsmaterialien – der Tinte, den Lösungsmitteln und anderen Dingen, die in diesem Prozess verwendet werden“, sagte Rick Jones, leitender Supportingenieur bei Pryor Technology Inc. in Ashland, Virginia. Aber bei Laserbeschriftungsprozessen „fallen die Verbrauchsmaterialien praktisch auf Null.“

Die Lasermarkierung ist ein vollautomatischer Prozess, der ein Teil in Sekundenbruchteilen markieren kann. Die Systeme von Trumpf berechnen mithilfe von Software die Geschwindigkeit eines Teiletransportbands und gleichen diese mit der Geschwindigkeit der Laserspiegel aus, die von zwei Motoren bewegt werden. Dadurch könne das System Teile markieren, während sie sich im Scanfeld des Lasers befinden, erklärte Jung.

Obwohl Benutzer nicht für Tinte und andere Verbrauchsmaterialien bezahlen müssen, ist der Laser ein teures Produkt. Laut Landry liegen die Kosten für ein Laser-On-the-Fly-Markierungssystem zwischen etwa 60.000 und 120.000 US-Dollar, verglichen mit etwa 10.000 bis 30.000 US-Dollar für ein Tintensystem. Er fügte jedoch hinzu, dass Lasersysteme diesen Kostenunterschied letztendlich durch Einsparungen bei Tinte und anderen Verbrauchsmaterialien im Laufe der Zeit ausgleichen. Dies könnte bei großvolumigen Produktionsbetrieben ein Jahr dauern, sagte er, und „eher zwei bis drei Jahre“ in Umgebungen, in denen die Produktion langsamer sei.

Produktionsüberlegungen

Die Verlangsamung einer Markierungslinie bedeutet auch eine Verlangsamung der Produktion.

Daher „wollen Sie bei der Integration eines Lasers zum Markieren in eine automatisierte Zelle sicherstellen, dass der zusätzliche Schritt nicht zu einer Verringerung der Volumenkapazitäten des Prozesses führt“, sagte Landry.

Eine Möglichkeit, die Lasermarkierung entsprechend den Produktionsanforderungen zu beschleunigen, besteht darin, sich für einen Laser mit höherer Leistung zu entscheiden.

„Bis zu einem gewissen Punkt ist das skalierbar“, sagte Jung. „Wenn Ihre Marke also mit einem 10-W-System eine Sekunde dauern würde, können Sie auf ein 20-W-System skalieren und die Zeit auf eine halbe Sekunde verkürzen.“

Dieses kundenspezifische On-the-Fly-Lasermarkierungssystem wurde entwickelt, um die Anforderungen eines bestimmten Produktionsprozesses zu erfüllen. Bild mit freundlicher Genehmigung von Pryor Technology

Jones sagte, ein 20-W-System sei „sehr Standard“ für industrielle Markierungsanwendungen, obwohl er glaubt, dass Pryor Technology seinen Kunden Laserleistungen von bis zu 300 W bereitgestellt hat.

Der Nachteil einer Erhöhung der Laserleistung besteht natürlich darin, dass dadurch auch der Preis des Lasers noch höher wird.

„Die Kosten steigen erheblich, wenn Sie die Wattzahl erhöhen, um Ihre Zielzykluszeit zu erreichen“, sagte Jones.

Für diejenigen, die eine schnellere Markierung wünschen, aber bereits die höchste verfügbare Laserleistung nutzen, können andere Optionen dabei helfen, den Markierungsprozess an den Produktionszielen auszurichten. Eine Alternative ist die Anschaffung eines zweiten Laserbeschriftungssystems. Jung sagte, die beiden Systeme könnten auf verschiedene Arten eingesetzt werden. Ein Ansatz besteht darin, beide Systeme in derselben Linie zu verwenden, wobei der erste Laser, auf den die Komponenten treffen, jedes zweite Teil markiert und der zweite Laser die verbleibenden Teile weiter unten markiert. Oder Hersteller nutzen zwei Förderbänder und jeweils ein Laserbeschriftungssystem.

Eine weitere Überlegung, wenn die Zeit von entscheidender Bedeutung ist, ist die Marke selbst.

Während sich ein Teil durch den Markierungsbereich bewegt, steht Ihnen nur eine begrenzte Zeit zur Verfügung, in der Sie es effektiv markieren können, was von der Anwendung abhängt. Manche Leute haben 15 bis 30 Sekunden, andere eine halbe Sekunde. Wann Man hat nur eine halbe Sekunde Zeit, manchmal muss man Kompromisse eingehen, wenn es darum geht, wie viel man bewertet.“

Dies bedeutet, dass Benutzer von On-the-Fly-Markierungssystemen möglicherweise die Größe des Logos oder der einzelnen Zeichen in einer Marke reduzieren und/oder den Inhalt einer Marke reduzieren müssen. Anstelle von 12 Zeichen mit einer Höhe von jeweils 4 mm (0,16 Zoll) muss eine Markierung möglicherweise auf fünf Zeichen mit einer Höhe von jeweils 3 mm (0,12 Zoll) reduziert werden, um den Anwendungsanforderungen gerecht zu werden. Oder statt einer kräftigen schwarzen Markierung müssen sich zeitbewusste Hersteller möglicherweise für eine dunkelgraue Markierung entscheiden.

Die Nachteile bewältigen

Die Optimierung des Prozesses an die Anwendungsanforderungen ist nicht der einzige Punkt auf der To-Do-Liste für Hersteller, die sich für die spontane Lasermarkierung entscheiden. Ein weiterer Aspekt besteht darin, herauszufinden, wie man mit der potenziellen Gefahr umgeht, die der Laser in einer Produktionsumgebung darstellt.

„Bei Faserlasern besteht eine der besonderen Herausforderungen darin, dass das menschliche Auge das Licht nicht sehen kann“, sagte Jones. „Es kann Ihre Netzhaut in einem Bruchteil der Zeit ablösen, die Sie benötigen, um überhaupt zu bemerken, dass Sie geblinzelt haben – und Sie sind dauerhaft blind. Daher muss man das System oft abschirmen oder den gesamten Raum vor menschlichen Augen schützen.“

Wenn ein Laserax-System installiert ist, wird der Markierungsbereich teilweise umschlossen, um sicherzustellen, dass er „Klasse 1 in Bezug auf Lasersicherheit“ ist, sagte Landry.

Dies bedeutet, dass der Maschinenbereich für Personal ohne Schutzausrüstung sicher ist.

Die Lasermarkierung ist nicht nur gefährlich für den Menschen, sondern kann auch unzumutbare Auswirkungen auf bestimmte Teile haben.

LXQ-Faserlasermarkierungssysteme sind für die schnelle Integration in Produktionslinien konzipiert. Bild mit freundlicher Genehmigung von Laserax

Was die Auswirkung der Lasermarkierung auf die Teilequalität betrifft, „ist sie für die meisten industriellen Anwendungen in Ordnung, da sie nur eine Oberflächenrauheit von etwa 30 µm (0,001“) erzeugt“, sagte Landry. „Wenn Sie Ihren Finger auf die Markierung legen, werden Sie spüren dass es etwas rau ist. Aber es gräbt sich nicht in das Material ein und verändert nicht wirklich etwas an der Struktur.“

Er sagte jedoch, dass die On-the-Fly-Markierungssysteme von Laserax aufgrund der strengen Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit dieser Branche nicht von medizinischen Herstellern verwendet würden.

Hersteller von dünnwandigen Teilen in jeder Branche sollten Bedenken hinsichtlich der Lasermarkierung haben. Diese Hersteller können zwar spontan kennzeichnen, müssen aber möglicherweise eine Kennzeichnung akzeptieren, die sich stark von der Kennzeichnung unterscheidet, die sie auf robusteren Teilen anbringen würden.

„Wenn Sie ein dünnes Metallstück haben und eine sehr dunkle Markierung wünschen, können Sie eine schwarze Gravur anbringen, die 5 bis 10 µm (0,0002 bis 0,0004 Zoll) auf diesem Teil verdampft, aber Sie führen dabei viel Wärme ein. " Sagte Jung. „Wenn das Teil dadurch verformt wird, müssen Sie den Prozess ändern.“

Beispielsweise könnte ein Hersteller auf eine feine Weißgravur umsteigen, die nur die oberen 2 µm (0,00008 Zoll) bis 5 µm der Teileoberfläche betrifft.

„Sie führen jetzt weniger Wärme ein, hinterlassen aber immer noch eine sichtbare Markierung auf dem Teil“, sagte Jung.

Eine wertvolle Rolle

Obwohl die Lasermarkierung im laufenden Betrieb am besten für Hochgeschwindigkeitsproduktionslinien geeignet ist, kann sie in vielen Fertigungsumgebungen eine wertvolle Rolle spielen.

„Überall dort, wo sich das Produkt bereits automatisiert bewegt und Sie es nicht für einen zusätzlichen Arbeitsgang aus diesem Prozess herausnehmen möchten, können Sie die Markierung direkt in der Produktionslinie durchführen“, sagte Jones.

Dies ist von entscheidender Bedeutung, da die Zeitmarkierung einige Einrichtungen über Erfolg oder Misserfolg entscheiden kann. Er sagte, ein Werk, das jeden Monat ein Triebwerksbauteil fertigt, hätte möglicherweise alle Zeit der Welt, um Produkte zu kennzeichnen.

In anderen Fällen kann es jedoch zum Stillstand einer Fabrik kommen, wenn die Zykluszeit „eine Zehntelsekunde über dem Zielwert liegt“, sagte Jones. „Durch Markieren im laufenden Betrieb kann die Zykluszeit im System nahezu nicht beeinflusst werden.“

William Leventon ist Redakteur der Zeitschrift Cutting Tool Engineering. Kontaktieren Sie ihn telefonisch unter 609-920-3335 oder per E-Mail unter [email protected].

Laserax Inc.844-471-0144www.laserax.com

Pryor Technology Inc.804-496-6669www.pryortechnology.com

Trumpf Inc.860-255-6000www.trumpf.com