Schichtkunststoff

Bearbeitung von Schichtkunststoff mit digitaler Laser-Materialbearbeitungstechnologie(DLMP®)

Schichtkunststoff (gelegentlich als „Gravier-Kunststoff“ bezeichnet) ist ein zweilagiges, polymerbasierendes, speziell für CO2-Lasersysteme entwickeltes Produkt. Es besteht aus einer sehr dünnen oberen Schicht (~ 0,025 mm) und einer dicken unteren Schicht mit kontrastierender Farbe. Diese werden oft als Decke bzw. Kern bezeichnet. Die Deckschicht kann einfarbig sein und eine matte, satinierte oder glänzende Oberfläche aufweisen. Weitere Arten umfassen Deckschichten mit metallischen Einlagestoffen, um massives Messing und Aluminium zu simulieren, und Schichten mit aufgedruckter Holzmaserung. Die Kernschicht ist normalerweise kontrastreich einfarbig, wie beispielsweise schwarz oder weiß. Schichtkunststoff wird auch mit einem UV-Stabilisator angeboten, wodurch er zum Einsatz im Freien geeignet ist.


Die genutzten chemischen Eigenschaften des Kunststoffs sind normalerweise eine Mischung von Acryl- und Styrolpolymeren sowie -copolymeren. Styrol wird als ein Copolymer genutzt, um die dicht gepackte Struktur von Acryl aufzubrechen und Flexibilität zu verleihen. Ähnlich den reineren Formen von Acryl depolymerisieren Schichtkunststoffe unter fokussierter Infrarotenergie leicht.


Verwandte Bezeichnungen

Gravier-Kunststoff 


Chemische Bezeichnungen

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Hersteller

Rowmark®

Schichtkunststoff und DLMP®-Technologie

Der Schlüsselfaktor für die Kompatibilität von Schichtkunststoff mit digitaler Laser-Materialverarbeitungstechnologie(DLMP®) liegt in seinen speziellen chemischen Eigenschaften des Polymers. Dieser Werkstoff erfährt im Unterschied zu anderen Werkstoffen, die oxidieren und verkohlen können, eine rasche Depolymerisation und Verdampfung.


Die nützlichste Wirkung der Laserenergie bei Schichtkunststoff besteht im Abtrag von Material.


Whitepaper zur Lasermaterialbearbeitung

Schichtkunststoff, lasergravierte Brailleschrift auf WC-Schild
Schichtkunststoff, lasergravierte Brailleschrift auf Ballsaal-Schild eines Hotels
Schichtkunststoff, vorgesteuerter Laser in Brailleschrift
Schichtkunststoff, lasergravierte Fassade eines Ziegelgebäudemodells
Schichtkunststoff, lasergraviertes Kreditkartenschild einer Schaufensterscheibe
Schichtkunststoff, lasergraviertes Namensschild mit imitierter metallischer Aluminiumoberfläche

Abtrag von Material

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

Organische Polymere sind hervorragende Absorber von CO2-Laserenergie (Wellenlänge = 10,6 μm). Wenn das Polymer Laserenergie absorbiert, wandelt es rasch Lichtenergie in Molekülschwingungen (Wärme) um. Bei ausreichender Wärme erfolgt eine rasche chemische Depolymerisation. Depolymerisation ist der Prozess, mit dem Polymere bis in ihre sich wiederholende chemische Einheit aufgebrochen werden. Material, das sich direkt im Lasersstrahlpfad befindet, wird verdampft. Diese Gase können auch feine Partikel, wie beispielsweise feste Füllstoffe und Pigmente, enthalten. Das Material, das sich leicht außerhalb des Laserbrennpunkt oder des Laserstrahlpfades befindet, leitet etwas Wärme, jedoch nicht ausreichend für eine vollständige und gründliche Verbrennung und Abtragung. Dieser Bereich der thermischen Beeinflussung wird häufig als Wärmeeinflusszone (WEZ) bezeichnet. Bei Schichtkunststoff ist die WEZ minimal. Die so neu exponierten Oberflächen sind möglicherweise mit einer Schicht klebriger Rückstände überzogen. Diese Rückstände können mit einem gebräuchlichen Lösungsmittel, wie beispielsweise Brennspiritus, entfernt werden. Sofern die Rückstände nicht beseitigt werden, härten sie von einem Tag auf den anderen aus.

Laserschneiden

Laserschneiden ist die vollständige Abtragung und Abtrennung von Material von der Ober- bis zur Unterseite entlang eines bestimmten Pfads.

Schichtkunststoffe eignen sich optimal für das Schneiden mit DLMP-Technologie. Die durch das Laserschneiden erzeugten Kanten weisen praktisch keinerlei Verfärbung auf. Auf den Schnittkante verbleibt nur ein geringfügiger Rückstand, der sich mit Brennspiritus oder einem sonstigen gebräuchlichen Lösungsmittel problemlos entfernen lässt. Sofern die Verwendung von Lösungsmitteln nicht möglich ist, härtet der Rückstand in den meisten Fällen über Nacht aus.

Das Beispiel zeigt ein einfaches, aus einer Platte Schichtkunststoff geschnittenes Quadrat mit abgerundeten Ecken. Von der Schnittkante aus ist die Kernschicht (untere Schicht) des Kunststoffs sichtbar. Das dargestellte Verfahren lässt sich für beinahe jede Form einsetzen, sogar für komplexe Schnitte und solche mit sehr engen Toleranzen.
Schichtkunststoff, lasergeschnittenes Quadrat mit abgerundeten Ecken
Ein lasergeschnittenes Quadrat aus Schichtkunststoff, Stärke 1,5 mm, mit zwei abgerundeten Ecken

Lasermarkieren und Lasergravieren

Wenn Laserenergie zum Erstellen einer visuell und/oder maschinenlesbaren Identifikation oder Information auf einem Material genutzt wird (beispielsweise für einen Barcode, ein Datum, eine Chargen-, Serien- oder Teilenummer), wird das Bearbeitungsverfahren als Lasermarkieren bezeichnet. Wenn Tiefe mit oder ohne einhergehenden Kontrast erzeugt wird, wird das Bearbeitungsverfahren als Lasergravieren bezeichnet. Lasermarkieren und Lasergravieren von Schichtkunststoff sind dasselbe Bearbeitungsverfahren, da das Material abgetragen und beseitigt werden muss, um einen brauchbaren Kontrast (d. h. Markierung) zu erzeugen. Das Beispielbild zeigt auf Schichtkunststoff markierte oder gravierte alphanumerische Zeichen.
Schichtkunststoff, lasergravierte Buchstaben und Ziffern
Auf Schichtkunststoff erzeugte alphanumerische Zeichen

Veränderung von Material

Veränderung von Material ist ein physikalischer Prozess, der die Eigenschaften und/oder das Aussehen verändert. Lasermarkieren bringt bei Schichtkunststoff kein nützliches Ergebnis. Die Interaktion zwischen dem Laser und dem Material führt zum Schmelzen der Oberfläche und erzeugt keine Markierung auf der Oberfläche.

Kombinierte Bearbeitungsverfahren

Mit Schichtkunststoff können verschiedene Bearbeitungsverfahren durchgeführt werden, ohne das Material bewegen oder neu befestigen zu müssen. Das Beispiel demonstriert, wie Bearbeitungsverfahren miteinander kombiniert werden können, um mit DLMP-Technologie quadratische und runde Formen aus Schichtkunststoff zu schneiden sowie dieses zu markieren/gravieren.
Schichtkunststoff, lasergravierte und lasermarkierte Buchstaben und Ziffern
Ein kombiniertes Bearbeitungsverfahren, das zum Erstellen eines Schilds durch Laserschneiden und Lasermarkieren/Lasergravieren in einem Herstellungsschritt angewendet wurde.

Erwägungen zu Umwelt, Gesundheit und Sicherheit

Interaktionen von Laser mit Materialien erzeugen fast immer Gase und/oder Partikel. Die Bearbeitung von Schichtkunststoff (Rowmark, Marke LaserMark®) mit einem CO2-Laser erzeugt Dämpfe, die hauptsächlich Methylmethacrylat, Diethylether, Cyclopropancarbonsäure, Essigsäure, Ethylacrylat, Methylisobutyrat und Propionsäure enthalten. Die Ableitungen bzw. Gase, die bei der Bearbeitung von Schichtkunststoff entstehen, sollten nach draußen abgeleitet werden. Alternativ können sie zuerst in einem Filtersystem behandelt und dann nach draußen abgeleitet werden. Dämpfe von der Laserbearbeitung von acryl- und styrolbasierten Produkten wie diese sind entflammbar. Die Laserbearbeitung von Schichtkunststoff sollte stets unter Aufsicht erfolgen.