Teflon^®

Bearbeitung von Teflon^® mit der Digitaler Laser-Materialbearbeitungstechnologie (DLMP^®)

Teflon^® und DLMP^®-Technologie

Durch seine Materialeigenschaften, z. B. den hohe Schmelzpunkt und das Fehlen der chemischen Vernetzung, ist Teflon® ideal für DLMP™ (Digital Laser Material Processing bzw. digitale Laser-Materialbearbeitung) geeignet. Dabei wird Laserenergie genutzt, um die Form oder das Erscheinungsbild eines Materials zu verändern. Die Laserenergie bewirkt bei Teflon® einen Materialabtrag und eine Materialmodifikation. Im Fall von Teflon® können die Verfahren des Laserschneidens, des Lasergravierens und des Lasermarkierens angewendet werden. Die Laserenergie kann das Material abtragen und somit schneiden, gravieren oder markieren oder die Eigenschaften der Oberfläche verändern, um eine sichtbare Markierung zu erzeugen.

Whitepaper zur Lasermaterialbearbeitung

Materialabtrag

Materialabtrag ist ein physikalischer Vorgang, bei dem Material entfernt wird. Das Material wird entweder vollständig von der oberen bis zu der unteren Fläche oder teilweise von der Oberseite des Materials bis zu einer bestimmten Tiefe abgetragen.

Teflon ist ein hervorragender Absorber von CO₂-Laserenergie (Wellenlänge = 10,6 μm). Wenn Teflon Laserenergie absorbiert, wandelt es rasch Lichtenergie in Molekülschwingungen (Wärme) um. Bei ausreichender Wärme erfährt Teflon thermischen Abbau, wobei die Molekülbindungen an verschiedenen Stellen in seiner Molekularstruktur sauber gebrochen werden, ohne nennenswerten Abbau der Grundeinheit. Wenn sich das Material direkt im Laserstrahlpfad befindet, wird es sauber abgetragen, wodurch Dampf und in ein feines Teflonpulver zurückbleiben.

Aus diesen Gründen werden CO₂-Laser häufig zum Materialabtrag bei Teflon eingesetzt. Das Material, das sich leicht außerhalb des Brennpunktes oder des Laserpfads befindet, wird etwas Wärme ableiten, jedoch nicht genügend für einen vollständigen und gründlichen Abtrag. Dieser Bereich der thermischen Beeinflussung wird häufig als  Wärmeeinflusszone oder WEZ bezeichnet. Im Fall von Teflon ist praktisch keine WEZ vorhanden, da Teflon eine hohe Schmelztemperatur besitzt. Dies bedeutet, dass angrenzende Flächen der Wärme standhalten können, ohne zu schmelzen oder zu kochen. Etwaige Wärmeeffekte können durch Auswahl einer für die gegebene Materialstärke angemessenen Laserleistung minimiert werden.

Laserschneiden

Laserschneiden ist die vollständige Abtragung und Abtrennung von Material von der Ober- bis zur Unterseite entlang eines bestimmten Pfads. Aufgrund seines hohen Schmelzpunkts und seiner inhärenten Reinheit lässt sich Teflon sauber vom Grundmaterial abtragen. Die Kanten, die das Laserschneiden bei Teflon hinterlässt, sind glatt und ohne Verfärbungen, wie sie gelegentlich bei thermischen Prozessen auftreten. Das Laserschneiden von Teflon erzeugt ein feines Pulver von PTFE-Partikeln, das sich mit einem trockenen Tuch problemlos beseitigen lässt. Das dargestellte Verfahren lässt sich für beinahe jede Form einsetzen, sogar für komplexe Schnitte oder solche mit sehr engenToleranzen.

Lasergeschnittene Rautenform, 0,635 cm dick, aus weißem Teflon

Lasergravieren

Lasergravieren ist das Verfahren, mit dem Material von der Oberseite bis zu einer angegebenen Tiefe beseitigt wird. Dies ist möglich durch exakte Kontrolle der Lasermodulation. Durch stufenloses Variieren der Laserenergie kann das Lasergravieren für Texturen, Fotos und Informationen, wie beispielsweise Text und Ziffern, genutzt werden. Teflon lässt sich sauber ohne Verfärbung oder Schmelzen gravieren. Wie gesagt, dies ist bedingt durch seine hohe Schmelztemperatur und Reinheit.

Ein durch Lasergravieren erzeugter Kanal

Lasermarkieren (Tiefe)

Wenn Laserenergie zum Erstellen einer visuell und/oder maschinenlesbaren Identifikation oder Information auf einem Material verwendet wird, beispielsweise für einen Barcode, ein Datum, eine Chargen-, Serien- oder Teilenummer, wird dieses Verfahren als Lasermarkieren mit Tiefe oder Lasertiefenmarkieren genannt, obgleich es sich im Grunde um ein Gravieren in das Material handelt. Tiefes Markieren bewältigt eine langjährige bei Teflon bestehende Herausforderung. Der Einsatz tintenbasierter Verfahren zur Kennzeichnung von Teflon-Teilen scheitert stets, da die Tinte auf der Oberfläche einfach nicht anhaftet. Die DLMP-Technologie erzeugt dauerhafte Gravuren und zwar ohne die Unannehmlichkeiten der Handhabung schmutziger Drucktinten .

Seriennummer, Schriftgröße 24, mittels Lasertiefenmarkieren auf schwarzes Teflon aufgebracht

Veränderung von Material

Wie angesprochen, absorbiert Teflon ohne Weiteres 10,6 µm Laserenergie und verdampft sauber. Der CO₂-Laser ist jedoch beim Erzeugen von Kontrast wirkungslos. Faserlaser mit einer Wellenlänge von 1,06 µm sind ebenfalls wirkungslos beim Erzeugen von Kontrast auf reinweißem Teflon. Bei dieser Wellenlänge wird Teflon in der Tat häufig als ein Lichtdiffusor genutzt. Es gibt jedoch eine Methode zum Erzeugen von Kontrast auf schwarzem Teflon. Das bei der Herstellung von schwarzem Teflon genutzte Rußpigment absorbiert die Energie des Faserlasers sehr gut. Diese Energie wird in Wärme umgewandelt, die durch die Polymermatrix durchgeleitet wird. Wenn richtig gesteuert, beginnt das Polymer zu kochen und schafft einen größeren Oberflächenbereich. Die zusätzlichen Oberflächen brechen auf, was zu einer kontrastreichen, hellen Markierung auf schwarzem Teflon führt. Dieser Prozess, manchmal auch Bleich-oder Schaumbildung bezeichnet, hinterlässt keine Rückstände oder Pulver. Die markierten Bereiche behalten die Eigenschaften von Teflon.

Lasermarkieren (Oberfläche)

Schwarzes Teflon kann mit einem Faserlaser markiert werden, um Informationen, wie beispielsweise Zahlen, Text, Barcodes und sogar Fotos, aufzubringen. Die Markierung ist dauerhaft und weist einen hohen Kontrast auf. Das macht sie zu einer attraktiven Alternative zu Tintendruckverfahren. Das Beispiel zeigt eine auf der Oberfläche von schwarzem Teflon® markierte Seriennummer.

Seriennummer, Schriftgröße 24, auf der Oberfläche von schwarzem Teflon markiert

Kombinierte Bearbeitungsverfahren

Mit Teflon können verschiedene Bearbeitungsverfahren durchgeführt werden, ohne das Material bewegen oder neu befestigen zu müssen. Auf dem Beispielbild ist zu erkennen, wie Bearbeitungsverfahren miteinander kombiniert werden können, um Teflon® aus einer Platte zu schneiden, eine Rautenform in das Material zu gravieren und auf der Oberfläche eine Seriennummer zu markieren. Bei kombinierten Bearbeitungsverfahren wird immer erst graviert und markiert, dann geschnitten.

Lasergeschnittenes und lasermarkiertes schwarzes Teflon

Erwägungen zu Umwelt, Gesundheit und Sicherheit

Laser-Material-Interaktionen erzeugen fast immer gasförmige Absonderungen und/oder Partikel. Der primäre Zersetzungsmechanismus vonTeflon bei den Laserabtrag-Prozessen ist Spaltung; kleinere Teflon-Partikel werden vom Material abgetragen und als feines weißes Pulver abgeschieden. Gasförmige Absonderungen erfolgen ebenfalls und umfassen Carbonylfluorid, Fluoroform, Hexafluoropropylen und Tetrafluoropropylen. Diese Gase und Partikel sollten in Übereinstimmung mit den gesetzlichen Vorschriften nach außen abgeführt werden. Alternativ können die Gase erst durch ein Filtersystem und dann nach außen abgeführt werden. Einige Materialien neigen dazu, während der Laserbearbeitung entflammbare Nebenprodukte zu erzeugen. Deshalb sollte die Laserbearbeitung stets unter Aufsicht erfolgen.