Mit einem MOPA Laser lassen sich auf bestimmten Metallen unterschiedliche Farbeffekte erzeugen. Besonders auf 304 Edelstahl können durch die gezielte Anpassung der Laserparameter verschiedene Farbtöne erzeugt werden.

Mit einem em-smart MOPA Laser können sowohl vektorgefüllte Grafiken als auch Bitmap-Bilder farbig auf Metall graviert werden.

Hinweis: Die in dieser Anleitung gezeigten Bearbeitungsdateien und Ergebnisse basieren hauptsächlich auf der Farblasergravur von 304 Edelstahl mit einem MOPA-Infrarotlaser. Die gleiche Testmethode kann auch als Ausgangspunkt für Versuche auf anderen Metallen wie Messing oder Titan verwendet werden.

Warum die richtigen Einstellungen bei der Farblasergravur wichtig sind

Wie entstehen Farben beim Lasergravieren von Edelstahl?

• Oxidationsfärbung: Unter der Einwirkung des Lasers bilden metallische Bestandteile des Edelstahls farbige Oxidationsprodukte.
• Transparente Oxidschicht / Dünnschichtinterferenz: Der Laser erzeugt auf der Oberfläche eine transparente Oxidschicht. Durch Lichtinterferenz in dieser dünnen Schicht entstehen die sichtbaren Farben.

Wichtige Erkenntnisse und Empfehlungen

Unsere Tests zeigen, dass die Farbergebnisse aufgrund der Dünnschichtinterferenz äußerst empfindlich auf kleine Änderungen von Laserenergie, Fokusabstand, Frequenz, Material und Umgebungsbedingungen reagieren. Bei manchen Materialien kann die Reproduzierbarkeit der Farben geringer und die Einstellung anspruchsvoller sein. Wir empfehlen daher, zunächst mit einer Materialtest-Matrix eine eigene Farb-Parameter-Referenztabelle zu erstellen und zu speichern. Wenn sich Material oder Umgebungsbedingungen ändern, sollte zusätzlich eine kleine Kontrollmatrix mit Farbfeldern getestet werden.

Vorbereitung für die Farblasergravur auf Metall

Die Ergebnisse der Farblasergravur können von verschiedenen Faktoren beeinflusst werden, darunter Laserleistung, Materialart, Luftfeuchtigkeit und Temperaturschwankungen.

Testen Sie das Material daher zunächst mit einer Materialtest-Matrix, um die gewünschten Farben zu ermitteln. Notieren und speichern Sie die entsprechenden Laserparameter, um hochwertige Gravurergebnisse und möglichst gleichmäßige Farben zu erzielen.

Farblasergravur mit einer Parameter-Matrix testen

Beispielbilder des Materialtests

                               

Materialtest-Matrix                       Tatsächliches Bearbeitungsergebnis

Laden Sie die Materialtest-Matrix für Edelstahl 304 herunter und öffnen Sie die Datei in LightBurn. Verwenden Sie die zu Ihrem Maschinenmodell passende Testdatei: color-MOPA.Ibmt

Verwenden Sie für den Test Edelstahl 304 (SUS304). Stellen Sie den Fokus korrekt ein und nehmen Sie anschließend die erforderlichen Maschineneinstellungen in LightBurn vor. Hinweis: Für optimale Ergebnisse sollte sich das Werkstück innerhalb des zentralen Bereichs von 60 × 60 mm auf der Grundplatte befinden.

Gravurergebnis auswerten

Bewerten Sie nach der Bearbeitung die Ergebnisse und gehen Sie wie folgt vor:

1. Wenn Sie mit der Farbe eines bestimmten Testfelds zufrieden sind, notieren Sie die zugehörigen Parameter, einschließlich Gravurgeschwindigkeit und Laserleistung.
2. Wenn Sie die Farbe weiter feinabstimmen möchten, wählen Sie den Farbton, der dem Ziel am nächsten kommt, und übernehmen Sie dessen Geschwindigkeits- und Leistungseinstellungen. Erstellen Sie anschließend eine zweidirektionale Verlaufstest-Matrix und passen Sie folgende Parameter an:
   • Pulsbreite: in Schritten von 1 ns
   • Frequenz: in Schritten von 50 kHz

Parameter schnell ermitteln

1. Materialtest-Matrix erstellen

Erstellen Sie auf Grundlage der vorherigen Testergebnisse eine Materialtest-Matrix mit den folgenden empfohlenen Einstellungen:

• Mindestgröße eines einzelnen Testfelds: 5 mm × 5 mm
• Empfohlene maximale Anzahl an Zeilen/Spalten: ≤ 15; empfohlen werden 10
• Zeilen-/Spaltenabstand: automatisch generiert
• XY-Mittelpunkt: entsprechend dem Arbeitsbereich einstellen. Bei einem Arbeitsbereich von 200 mm setzen Sie den XY-Mittelpunkt beispielsweise auf 100, 100.

2. Gravurergebnis prüfen und Parameter auswählen

Prüfen Sie die tatsächlichen Gravurergebnisse und wählen Sie die entsprechenden Parameter aus. Öffnen Sie anschließend die Ebeneneinstellungen in der Software und tragen Sie die ausgewählten Werte ein.

3. Parameter für die entsprechende Ebene einstellen

Öffnen Sie die Software und stellen Sie die Parameter für die entsprechende Ebene ein.

Hinweis: Das Speichern einzelner Einstellungen beschleunigt die Einrichtung der Farblasergravur. Bei Anwendungen mit hohen Präzisionsanforderungen müssen die Parameter jedoch gegebenenfalls an die tatsächlichen Bedingungen angepasst und feinjustiert werden.

Wichtige Hinweise

Anwendungsbereich

Dieses Tutorial behandelt speziell die Farblasergravur von Edelstahl 304 mit einem MOPA-Infrarotlaser. Die gleiche Methode kann auch genutzt werden, um Farbmarkierungen auf anderen Metallen wie Messing und Titan zu testen.

Wichtige Einflussfaktoren

Selbst bei identischen Laserparametern können die Farbergebnisse aufgrund von Materialabweichungen, Luftfeuchtigkeit oder Temperaturschwankungen variieren. Diese Faktoren können Zusammensetzung und Dicke der Oxidschicht beeinflussen.

Weitere Farben mit dem MOPA Laser entdecken

Bei der Farblasergravur auf Edelstahl 304 reagiert die Farbkonsistenz sehr empfindlich auf Faktoren wie Maschinenleistung, Umgebungstemperatur, Schwankungen der Luftfeuchtigkeit und den Zustand der Materialoberfläche.

Um bessere Farbergebnisse zu erzielen, fasst der folgende Abschnitt die beobachteten Zusammenhänge bei der MOPA Farblasergravur auf Edelstahl 304 zusammen und zeigt, wie Sie die Laserparameter anpassen können, wenn das tatsächliche Ergebnis vom gewünschten Farbton abweicht.

Farbspektrum bei der MOPA Farblasergravur

Mit zunehmender Laserenergie verändern sich die Farben in unseren Tests im Allgemeinen in folgender Reihenfolge:

Hellgelb → Gelb → Orange → Rosa → Violett → Blauviolett → Blau → Cyan → Grün → Braun → Schwarz

Erscheint ohne Beleuchtung schwarz     Erscheint unter Beleuchtung farbig

X-Achse: Frequenz                                          Y-Achse: Pulsbreite

Laserleistung

• Bereits eine Änderung der Laserleistung um etwa 0,5 % kann einen sichtbaren Farbtonwechsel erzeugen.
• Eine höhere Leistung erhöht die eingebrachte Energie. Die daraus resultierende Farbentwicklung können Sie dem getesteten Farbspektrum entnehmen.

Geschwindigkeit

• Eine Änderung der Geschwindigkeit um etwa 100 mm/s kann den resultierenden Farbton verändern.
• Eine geringere Geschwindigkeit erhöht die auf das Material eingebrachte Energie.

Frequenz

• Oberhalb von 500 kHz kann eine Änderung um etwa 100–200 kHz einen anderen Farbton erzeugen.
• Unterhalb von 500 kHz können bestimmte dunklere Effekte auftreten: Ohne direkte Beleuchtung kann die Oberfläche schwarz erscheinen, unter Lichteinfall jedoch Farben zeigen.

Pulsbreite

Empfohlen: < 20 ns für sichtbare Farbeffekte. Für deutlich sichtbare Farben wird eine Pulsbreite unter 20 Nanosekunden (ns) empfohlen.

> 20 ns: Pulsbreiten über 20 ns haben nur geringen Einfluss auf die Farbbildung und werden in der Regel für Anwendungen ohne Farbeffekt eingesetzt.

Einfluss unterschiedlicher Oberflächen

Unterschiedliche Oberflächen beeinflussen die Lichtreflexion von Edelstahl. Daher können selbst bei identischen Laserparametern unterschiedliche Farbergebnisse entstehen.

Oberflächenarten von Edelstahl 304

 Standardoberfläche        Gebürstete Oberfläche            Polierte Oberfläche         Spiegeloberfläche

Ergebnisse der Farblasergravur auf verschiedenen Oberflächen von Edelstahl 304

 Standardoberfläche                                Gebürstete Oberfläche                           Polierte Oberfläche              Spiegeloberfläche

Fazit     

Bei der MOPA-Farblasergravur geht es nicht darum, den einen „perfekten“ Parameter zu finden. Entscheidend ist vielmehr, zu verstehen, wie Leistung, Geschwindigkeit, Frequenz, Pulsbreite und Oberflächenbeschaffenheit zusammenspielen.

Beginnen Sie mit einer Materialtest-Matrix, bestimmen Sie den gewünschten Farbbereich und optimieren Sie anschließend die Parameter Schritt für Schritt. Beachten Sie dabei, dass unterschiedliche Oberflächen – darunter Standardoberflächen, horizontal oder vertikal gebürstete Oberflächen, polierte Oberflächen und Spiegeloberflächen – selbst bei identischen Einstellungen zu unterschiedlichen Ergebnissen führen können.

Sobald Sie diese Zusammenhänge verstanden haben, können Sie Ihre eigene zuverlässige Farbparameter-Bibliothek für unterschiedliche Materialien und Oberflächen aufbauen.

Testen. Dokumentieren. Feinabstimmen. Wiederholen. Das ist der Schlüssel zu reproduzierbaren Ergebnissen bei der MOPA-Farblasergravur.