Lasermarkierung von Maschinenteilen aus Edelstahl
In vielen Branchen müssen Maschinenteile mit Artikelnummern und in einigen Fällen mit der Art des verwendeten Materials oder der Kennung der Produktcharge beschriftet werden. Dies gilt insbesondere für Bauteile in Hydrauliksystemen oder in der chemischen Produktion, die von der Firma Tradeko, s. r. o. aus dem tschechischen Pelhřimov hergestellt werden. Um die Produktionseffizienz zu steigern, hat Tradeko vor Kurzem eine Workstation LC 3000 von Panasonic Industry erworben.
Das Unternehmen Tradeko mit Sitz in Pelhřimov ist ein weithin anerkannter Hersteller von elektrischen Heizelementen für Badheizkörper. Der Großteil des Umsatzes wird derzeit jedoch mit der Herstellung von bearbeiteten Maschinenteilen aus korrosionsbeständigem Stahl erzielt. Das Unternehmen verfügt über einen modernen Maschinenpark mit Drehzentren und Frässpindeln für Bauteile mit einem Durchmesser von 5 bis 150 mm. Die meisten dieser Bauteile werden aus dem Edelstahl 1.4571 (316Ti) gefertigt, der für Hydrauliksysteme und die chemische Industrie geeignet ist. Für die Herstellung von Bauteilen für den Schiffbau werden spezielle Schiffslegierungen verwendet.
Alle hergestellten Teile müssen einzeln markiert werden; dabei sind Typ, Hersteller und Material anzugeben. Bei Bauteilen für Drucksysteme hat die Markierung auch die Materialschmelznummer zu enthalten. Ing. Zdeněk Lapáček, Managing Director von Tradeko, erklärt: „Ungefähr 80 Prozent unserer Teile müssen mit einer eindeutigen Identifizierung versehen werden. Die Anforderungen an die Markierung nehmen aufgrund von Vorschriften, Normen und Kundenanforderungen zu. Die Markierung von kleinen Teilen mit Durchmessern unter 10 mm und Längen unter 15 mm kann eine Herausforderung darstellen. Das ist einer der Gründe, warum wir uns für die Lasermarkierung entschieden haben. Es gibt nicht viele vernünftige Alternativen.“
Die Markierung erfolgt mit alphanumerischen Zeichen, damit sie mit bloßem Auge (oder unter Vergrößerung) gut lesbar ist, wie auf den Bildern zu sehen ist.
Zuvor hat Tradeko Mikroschlaggeräte für die Markierung verwendet. Bei diesem Verfahren werden kleine Vertiefungen in die Oberfläche des Materials eingebracht, um die gewünschten Zeichen zu formen. Der größte Nachteil dieser Methode ist ihr hoher Zeitaufwand. Jedes Teil musste in die Maschine eingespannt und während des Markierungsvorgangs manuell gedreht werden, insbesondere bei der Markierung verschiedener Oberflächen von sechskantigen oder zylindrischen Materialien.
Um die Produktivität zu steigern, hat sich Tradeko dazu entschieden, auf Lasermarkierung umzusteigen und in die Workstation LC 3000 zu investieren.
Die Workstation LC 3000
Die Workstation LC 3000 ist eine integrierte Workstation, die nicht nur den Markierungsprozess durchführt, sondern bei Arbeiten mit potenziell gefährlicher Laserstrahlung auch die Sicherheit des Verfahrens gewährleistet.
Diese Workstations sind besonders geeignet für kleine und mittlere Unternehmen, die eine breite Palette von Produkten in kleinen Chargen herstellen. Panasonic Industry bietet mehrere Varianten mit unterschiedlichen Laserköpfen und Konfigurationen an, sodass die Workstation an die Kundenbedürfnisse angepasst werden kann, was die Markierung spezifischer Kunststoff- oder Metallprodukte betrifft.
Es stehen drei grundlegende Konfigurationsmöglichkeiten zur Verfügung: Die erste umfasst eine servoangetriebene X-Y-Z-Achse mit einem Verfahrweg von 500 mm der X-Achse, 430 mm der Y-Achse und 350 mm der Z-Achse. Die zweite Option umfasst eine Drehachse und die dritte Option einen Rundtakttisch mit einem Durchmesser von 650 mm.
Neben dem Lasermarkiersystem, der Klemmplatte und den Antrieben umfasst die Workstation LC 3000 eine Schutzkabine mit servoangetriebenen Türen, eine Hochleistungs-Absauganlage, eine Innenbeleuchtung, eine speicherprogrammierbare Steuerung sowie einen Industrie-PC mit den für die Markierung notwendigen Softwareanwendungen.
Die Wahl des Lasersystems hängt vom Material und der Geometrie der Markierung ab. Dabei kann es sich um einen Faserlaser (FAYb) für die Markierung von Kunststoffen und Metallen oder einen CO2-Laser für organische Materialien handeln. Panasonic Industry bietet eine breite Palette von Lasermarkiersystemen mit einer Leistung von 10 bis 100 W und einem Markierbereich von bis zu 330 x 330 mm.
Eine allumfassende Workstation senkt die Kosten und verkürzt die Inbetriebnahmezeit
Warum hat Tradeko die Workstation von Panasonic Industry für die Lasermarkierung gewählt? Zdeněk Lapáček erklärt: „Ein wesentlicher Vorteil für uns ist, dass Panasonic Industry eine komplette Workstation anbietet, die Schutzvorrichtungen, eine Absauganlage sowie einen Industrie-PC für die Programmierung des Markierungsvorgangs umfasst. Die Angebote, die wir von Wettbewerbern erhalten haben, enthielten nur den Laser an sich. Wir hätten den Rest der Workstation selbst entwerfen und bauen oder ein anderes Unternehmen damit beauftragen müssen, was die Kosten erhöht und die Inbetriebnahmezeit verlängert hätte. Die Workstation LC 3000 muss einfach nur entsprechend der Art von Teilen, die markiert werden sollen, konfiguriert werden und wird dem Kunden als Ganzes geliefert. Kipex, das Unternehmen, das uns bei der Einrichtung der Workstation geholfen hat, hat uns geschult und beraten und bietet nun auch Serviceleistungen an. Das Einzige, was wir selbst hinzugefügt haben, war eine Fußpedalsteuerung, die unser Bedienpersonal bereits von den Mikroschlaggeräten kannte.“
2D-Markierung vs. 3D-Markierung
Die Workstation LC 3000 bei Tradeko ist mit einem 3D-Lasermarkiersystem mit Faserlaser (FAYb LP-Z250) ausgestattet. Es handelt sich um ein 3D-Lasermarkiersystem, das mittels der steuerbaren Z-Achse die Markierung von schrägen, konvexen und konkaven Oberflächen in einem Höhenbereich von 50 mm erlaubt. Innerhalb dieses Bereichs bleibt die Größe des Laserspots stabil, sodass eine gleichmäßige und hochwertige Markierung gewährleistet ist. Kombiniert mit einem großen Arbeitsbereich (120 x 120 mm) erlaubt dies die Markierung komplexer Formen ohne jegliche Qualitätseinbuße an den Kanten.
Laut Zdeněk Lapáček ist die 3D-Markierungsfunktion für diese Applikation von entscheidender Bedeutung: „Bei einfacheren 2D-Systemen müssten wir jedes Bauteil einzeln markieren. Auf diese Weise würden wir gegenüber der Mikroschlagmarkierung keine Zeit sparen – ganz im Gegenteil.“
Bei Tradeko werden die Teile mit Lasergravur markiert. Obwohl Lasermarkierung auch durch Anlassen der Stahloberfläche erfolgen kann – wodurch sich die Farbe des Stahls ohne Materialabtrag ändert –, war dieser Ansatz für diese Applikation nicht geeignet. In rauen Umgebungen, in denen diese Teile häufig eingesetzt werden, kann die Markierung durch Abnutzung schnell unleserlich werden.
Das Gravieren hat jedoch einen Nachteil: Das vom markierten Teil abgetragene Material wird in die Umgebung verstreut und kann sich auf der Linse des Lasers ablagern. Dies beeinträchtigt die Markierqualität und macht eine regelmäßige Reinigung der Linse erforderlich. Um dies zu minimieren, ist die Workstation LC 3000 mit einer leistungsstarken Absauganlage ausgestattet. Zum Einsatz kommt hauptsächlich die Absauganlage LFE-275 mit einem Nennvolumenstrom von 80 m3/h bei 1.900 Pa, jedoch ist optional auch der Einsatz leistungsstärkerer externer Anlagen möglich. Die Absauganlage entfernt nicht nur Rückstände aus dem Arbeitsbereich, sondern verhindert auch die Ausbreitung des Materials in die Umgebung. Daher muss nach jeder Markierung nur die Oberfläche der markierten Teile gereinigt werden, auf der sich leichte Ablagerungen um den Markierbereich herum bilden können.
Vereinfachte Programmierung erleichtert die Verwendung in der Kleinserienfertigung.
Zdeněk Lapáček war zunächst besorgt über den Zeitaufwand für die Einrichtung, Einstellung und Programmierung der Laser-Workstation. Das Programmieren von 3D-Markierungen ist komplexer als das von 2D-Markierungen, daher wollte er die Möglichkeit haben, entsprechende Programme vorab auf der Grundlage von CAD-Zeichnungen zu erstellen. Obwohl dies von der Software unterstützt wird, hat es sich als unnötig herausgestellt. „Ich hatte die Befürchtung, dass ich mehr Zeit mit dem Einrichten als mit dem Markieren verbringen würde“, erklärte er. „Ich wollte unsere Markierprogramme bereits im Voraus erstellen, um Zeit zu sparen. Jedoch haben mich meine Kollegen, die gelernt haben, mit der Software zu arbeiten, davon überzeugt, dass die Erstellung von Markierprogrammen so schnell und einfach geht, dass keine Vorbereitung erforderlich ist. Im Wesentlichen geht es darum, sich mit der auf dem Industrie-PC installierten Software vertraut zu machen. Mit ihr können alle notwendigen Einstellungen vorgenommen werden: die Markierdaten, die Position, der Winkel oder der Radius der Markieroberfläche sowie verschiedene andere Parameter. So einfach ist das. Nach einer kurzen Schulung kann die Konfiguration im Handumdrehen erstellt werden.“
Auf dem Industrie-PC, einem integralen Bestandteil der Workstation LC 3000, ist die Software Laser Marker NAVI Plus installiert. Sie bietet eine anwenderfreundliche Benutzeroberfläche, die die Konfiguration von Markierungen vereinfacht und die Planung sowie die Layout-Erstellung erleichtert. Zudem erlaubt die Software die Überwachung des Systembetriebs, die Überprüfung von Fehlerprotokollen sowie die Kontrolle des Eingangs- und Ausgangsstatus. Für grafische Anwendungen wurden die Applikationen Logodatenkonvertierung und Logodatenbearbeitung konzipiert.
Rentabilität der Investition
Derzeit werden bei Tradeko täglich bis zu 5.000 Werkstücke markiert. Dazu werden eine Laser-Workstation LC 3000 und zwei von vier halbautomatischen Mikroschlag-Markierstationen eingesetzt. Die Mikroschlagmarkierung wird hauptsächlich als Backup-Option verwendet oder wenn Lasermarkierung nicht geeignet ist, beispielsweise wenn der Kunde eine Beschichtung aufträgt, für die die Lasermarkierung zu flach ist und nicht lesbar wäre.
Auf die Frage nach der Rentabilität der Investition in die Workstation LC 3000 antwortet Zdeněk Lapáček: „Die 3D-Lasermarkier-Workstation kostet fast zehn Mal so viel wie die Mikroschlag-Workstation, die Investition muss also wohl überlegt sein. Die Berechnung der genauen Rentabilität ist für uns eine Herausforderung, da unsere Produktion sehr stark diversifiziert ist und die Lasermarkierung nicht für alle Teile verwendet wird. Ich schätze jedoch, dass sich die Investition innerhalb von fünf Jahren auszahlen wird. Der wesentliche Vorteil der 3D-Lasermarkierung besteht darin, dass viele Teile gleichzeitig markiert werden können, wodurch die Produktivität deutlich gesteigert wird. Wäre dies nicht möglich, wäre Lasermarkierung für uns möglicherweise nicht die Technik der Wahl.“ Auch schätzt er die Zusammenarbeit mit Kipex, dem Unternehmen, das Tradeko bei der Inbetriebnahme der Workstation und der Schulung des Bedienpersonals unterstützt hat und nun auch den Service übernimmt.
(Wir danken Ing. Zdeněk Lapáček, Managing Director von Tradeko, s. r. o., und Ing. Stanislav Hanka von Kipex s. r. o. für die zur Verfügung gestellten Informationen)
Petr Bartošík, adaptiert aus der Zeitschrift Automa, 5/2023.
