Lasergravur: Leistung, Geschwindigkeit und Frequenz richtig einstellen

Bei der Arbeit mit einem Faserlaser gehören Leistung, Geschwindigkeit und Frequenz zu den wichtigsten Parametern. Sie beeinflussen unter anderem die Gravurtiefe, den Farbton der Markierung, die Oberflächenqualität und die Bearbeitungsgeschwindigkeit.

Bei einem MOPA-Faserlaser kommt ein weiterer wichtiger Parameter hinzu: die Pulsbreite. Mit ihr lässt sich genauer steuern, wie der Laser mit dem jeweiligen Material wechselwirkt.

In diesem Leitfaden erklären wir, wie Leistung, Geschwindigkeit, Frequenz und MOPA-Pulsbreite funktionieren und wie diese Parameter bei der Lasergravur zusammenspielen.

1. Was bedeuten Leistung, Geschwindigkeit und Frequenz beim Lasergravieren?

• Leistung: Die Ausgangsleistung des Lasers, normalerweise in Prozent angegeben.
• Geschwindigkeit: Die Bewegungsgeschwindigkeit des Galvoscanners, normalerweise in mm/s.
• Frequenz: Die Anzahl der Laserimpulse pro Sekunde, normalerweise in kHz angegeben.

2. Laserleistung: Einfluss auf Gravurtiefe und Markierung

Die Laserleistung bestimmt, wie viel Energie während der Bearbeitung auf das Material wirkt. Dadurch beeinflusst sie vor allem Gravurtiefe, Farbintensität und Materialabtrag.

Was passiert bei höherer Laserleistung?

• Mehr Energie wirkt auf das Material.
• Die Gravur wird tiefer und dunkler.
• Der Materialabtrag wird stärker.
• Auf Metall lassen sich dunklere Markierungen leichter erzeugen.
• Zu hohe Leistung kann zu Überhitzung, Verbrennungen, Blasenbildung oder Verformungen führen.

Was passiert bei geringerer Laserleistung?

• Weniger Energie wirkt auf das Material.
• Die Gravur wird flacher und heller.
• Linien können feiner werden.
• Bei zu geringer Leistung kann die Markierung sehr schwach oder kaum sichtbar sein.

Wichtig: Mehr Leistung bedeutet nicht automatisch ein besseres Ergebnis. Eine zu hohe Leistung kann die Oberfläche beschädigen und zu Graten oder verbrannten Kanten führen.

Empfohlene Bildposition: Leistungsvergleich von 10–100 %

Alt-Text: Vergleich der Lasergravur bei unterschiedlicher Laserleistung von 10 bis 100 Prozent

3. Geschwindigkeit beim Lasergravieren

Die Geschwindigkeit bestimmt, wie schnell sich der Laserstrahl über die Oberfläche des Werkstücks bewegt.

Je schneller der Laser fährt, desto kürzer ist die Einwirkzeit auf einen bestimmten Bereich. Bei geringerer Geschwindigkeit bleibt der Laser länger auf dem Material, wodurch mehr Energie eingebracht wird.

Höhere Geschwindigkeit

• Die Einwirkzeit wird kürzer.
• Die Energieeinbringung pro Fläche sinkt.
• Die Markierung wird heller und flacher.
• Geeignet für schnelle Markierungen und leichte Gravuren.
• Bei zu hoher Geschwindigkeit kann die Markierung undeutlich oder unterbrochen werden.

Niedrigere Geschwindigkeit

• Die Einwirkzeit wird länger.
• Es wird mehr Energie in das Material eingebracht.
• Die Gravur wird tiefer und dunkler.
• Bei zu geringer Geschwindigkeit kann das Material überhitzen, verkohlen oder unscharfe Kanten entwickeln.

Grundregel: Leistung und Geschwindigkeit sollten gemeinsam angepasst werden. Wird die Leistung erhöht, kann häufig auch die Geschwindigkeit erhöht werden. Wird die Leistung reduziert, muss die Geschwindigkeit gegebenenfalls ebenfalls verringert werden.

Empfohlene Bildposition: Geschwindigkeitsvergleich von 100–1000 mm/s

Alt-Text: Vergleich verschiedener Geschwindigkeiten beim Lasergravieren von 100 bis 1000 mm pro Sekunde

4. Frequenz beim Faserlaser: Impulsdichte und Oberflächenqualität

Die Frequenz beschreibt, wie viele Laserimpulse pro Sekunde ausgegeben werden. Sie beeinflusst die Überlappung der Laserpunkte, die Feinheit der Linien und das Erscheinungsbild der Markierung.

Hohe Frequenz

• Mehr Impulse pro Sekunde.
• Dichtere Impulsfolge.
• Stärkere Überlappung der Laserpunkte.
• Feinere und gleichmäßigere Linien.
• Geeignet für feine Markierungen und Graustufenbilder.

Niedrige Frequenz

• Größerer Abstand zwischen den Impulsen.
• Geringere Überlappung.
• Die Oberflächenstruktur kann gröber erscheinen.
• Kann für tiefere Gravuren geeignet sein.

Frequenzeinstellungen für Metall

Bei Materialien wie Edelstahl und Aluminium gilt:

• Hohe Frequenz: feinere Linien und gleichmäßigere Bearbeitung, geeignet für dunkle Markierungen und detaillierte Logos.
• Niedrige Frequenz: stärkere Wirkung einzelner Impulse, geeignet für tiefere Gravuren, jedoch mit stärker sichtbarer Oberflächenstruktur.

Frequenz bei Kunststoff, Holz und Acryl

• Eine zu hohe Frequenz kann die Wärmeentwicklung erhöhen und zu Verbrennungen oder Verkohlung führen.
• Eine moderate Verringerung der Frequenz kann helfen, die Wärmeeinwirkung zu reduzieren.

Wichtig: Die Frequenz steuert hauptsächlich die Impulsdichte. Bei gleicher mittlerer Leistung verteilt sich die Energie bei höherer Frequenz auf eine größere Anzahl von Impulsen.

Empfohlene Bildposition: Frequenzvergleich von 1–10 kHz

Alt-Text: Vergleich verschiedener Frequenzeinstellungen eines Faserlasers mit unterschiedlicher Impulsdichte

5. Zusammenspiel von Leistung, Geschwindigkeit und Frequenz

Gute Faserlaser Einstellungen entstehen normalerweise durch das gemeinsame Anpassen mehrerer Parameter.

Für tiefere und dunklere Gravuren

• Leistung erhöhen.
• Geschwindigkeit reduzieren.
• Frequenz passend einstellen, um eine saubere Oberfläche zu erhalten.

Für feine, leichte oder Graustufen-Markierungen

• Leistung reduzieren.
• Niedrige bis mittlere Geschwindigkeit verwenden.
• Frequenz erhöhen, um eine stärkere Punktüberlappung zu erzielen.

Für schnelle Serienmarkierungen

• Geschwindigkeit erhöhen.
• Leistung entsprechend anheben.
• Eine mittlere Frequenz verwenden.

6. Häufige Fehler bei Faserlaser-Einstellungen

Fehler 1: Nur die Leistung erhöhen

Eine hohe Leistung in Kombination mit zu niedriger Geschwindigkeit kann das Werkstück überhitzen und verbrannte Kanten verursachen.

Fehler 2: Nur die Geschwindigkeit verändern

Bei zu hoher Geschwindigkeit ist die Markierung möglicherweise kaum sichtbar. Bei zu geringer Geschwindigkeit kann das Material überhitzen.

Fehler 3: Frequenz ohne Berücksichtigung des Materials einstellen

Eine ungeeignete Frequenz kann bei Kunststoff zu starker Wärmeentwicklung oder bei Metall zu einer unerwünscht groben Oberfläche führen.

Einfache Merkhilfe:
Leistung bestimmt die Intensität.
Geschwindigkeit bestimmt die Einwirkzeit.
Frequenz bestimmt die Impulsdichte.

7. Faserlaser Einstellungen: Referenztabelle

Die folgenden Werte dienen als Ausgangspunkt für typische Anwendungen. Die tatsächlichen Einstellungen müssen je nach Material, Fokus, Linse und gewünschtem Ergebnis angepasst werden.

Anwendung	Leistung	Geschwindigkeit	Frequenz
Schwarzmarkierung auf Edelstahl	60–80 %	100–300 mm/s	40–80 kHz
Leichte Logo-Markierung auf Metall	30–50 %	300–800 mm/s	30–60 kHz
Tiefengravur	70–90 %	50–150 mm/s	20–40 kHz
Kunststoffmarkierung	20–40 %	200–500 mm/s	20–40 kHz
Graustufenbild	40–60 %	200–400 mm/s	60–100 kHz

Hinweis: Diese Werte dienen nur als Referenz. Das tatsächliche Ergebnis hängt unter anderem vom Material, Fokus, verwendeten Objektiv und Maschinenaufbau ab.

8. MOPA Pulsbreite: Erweiterte Einstellung für MOPA-Faserlaser

Bei klassischen gütegeschalteten Faserlasern ist die Pulsbreite normalerweise fest vorgegeben. Bei einem MOPA-Faserlaser kann die Pulsbreite dagegen eingestellt werden.

Die Pulsbreite beschreibt, wie lange ein einzelner Laserimpuls aktiv ist. Sie wird normalerweise in Nanosekunden, kurz ns, angegeben.

Welche Wirkung hat die Pulsbreite?

• Kurze Pulsbreite: kurze Wechselwirkung mit dem Material, geringe Wärmeeinflusszone, weniger Schmelzen und saubere Kanten.
• Lange Pulsbreite: längere Wärmeeinwirkung, stärkere Wärmeübertragung sowie stärkeres Schmelzen und Oxidieren.

9. Kurze, mittlere und lange MOPA Pulsbreite

Kurze Pulsbreite: ca. 2–6 ns

• Sehr kurze Einwirkzeit.
• Geringere Wärmeausbreitung im Material.
• Saubere Kanten und weniger Gratbildung.
• Geeignet für feine Edelstahlmarkierungen, eloxiertes Aluminium, Graustufenbilder, dünnwandige Bauteile und wärmeempfindliche Werkstücke.
• Die Tiefengravur kann langsamer sein.

Mittlere Pulsbreite: ca. 8–20 ns

• Kombination aus mechanischer und thermischer Wirkung.
• Erzeugt eine gewisse Gravurtiefe, ohne die Kanten zu stark thermisch zu belasten.
• Geeignet für Logos, Schriftzüge und viele allgemeine Metallmarkierungen.

Lange Pulsbreite: ca. 30–200 ns

• Stärkere thermische Wirkung.
• Mehr Wärme wird in das Material übertragen.
• Geeignet für stärkeren Materialabtrag.
• Kann zu Gratbildung, Verfärbungen, Schmelzen oder thermischer Verformung führen.
• Geeignet für Tiefengravur auf Metall und das Entfernen von Beschichtungen.

10. Frequenz oder Pulsbreite: Was ist der Unterschied?

• Frequenz in kHz: Anzahl der Laserimpulse pro Sekunde.
• Pulsbreite in ns: Dauer eines einzelnen Laserimpulses.

Eine einfache Analogie:

• Ein Laserimpuls entspricht einem einzelnen Schuss.
• Die Frequenz beschreibt, wie viele Schüsse pro Sekunde abgegeben werden.
• Die Pulsbreite beschreibt, wie lange jeder einzelne Impuls dauert.

11. Beispiel für einen MOPA Pulsbreiten-Test

Für einen direkten Vergleich bleiben Leistung, Geschwindigkeit, Frequenz und Fokus unverändert. Nur die Pulsbreite wird verändert.

Beispiel für einen 30W MOPA-Faserlaser:

• Leistung: 50 %
• Geschwindigkeit: 200 mm/s
• Frequenz: 50 kHz
• Pulsbreiten: 4 ns, 10 ns, 30 ns und 80 ns

Sichtbare Unterschiede

• 4 ns: feine Markierung, saubere Kanten, gleichmäßiges Schwarz und kaum Gratbildung.
• 10 ns: ausgewogenes Ergebnis mit etwas mehr Tiefe.
• 30 ns: erste leichte Schmelzspuren an den Kanten möglich.
• 80 ns: deutlich stärkeres Schmelzen, mehr Gratbildung und ungleichmäßige Schwärzung möglich.

12. Empfohlene MOPA Pulsbreite nach Material

• Schwarzmarkierung auf eloxiertem Aluminium: kurze Pulsbreite, etwa 3–6 ns.
• Schwarzmarkierung und Graustufen auf Edelstahl: kurze Pulsbreite, etwa 4–8 ns.
• Blankes Aluminium 6061: mittlere Pulsbreite.
• Tiefengravur auf Metall: längere Pulsbreite, etwa 50–120 ns.
• Kunststoff und PCB: kurze Pulsbreite, um übermäßige Wärmeeinwirkung zu vermeiden.

13. Fazit: Die richtigen Faserlaser Einstellungen finden

Es gibt keine einzige Parametereinstellung, die für jedes Material und jede Anwendung optimal funktioniert.

Beim Einstellen eines Faserlasers gilt grundsätzlich:

• Die Leistung beeinflusst hauptsächlich Intensität und Gravurtiefe.
• Die Geschwindigkeit bestimmt die Einwirkzeit.
• Die Frequenz beeinflusst Impulsdichte und Überlappung.
• Die MOPA Pulsbreite bestimmt die Dauer eines einzelnen Impulses und verändert damit die thermische Wirkung auf das Material.

Beginnen Sie mit moderaten Einstellungen, verändern Sie die Parameter schrittweise und führen Sie vor der Serienbearbeitung immer einen Test auf dem tatsächlichen Material durch.