Vanadat Laser

Wie funktionieren sie und welche Anwendungsgebiete gibt es?

Der Vanadat Laser, chemisch Nd:YVO4 ist ein (meist diodengepumpter) Festkörperlaser, der dem Nd:YAG Laser ähnlich ist, aber einen anderen Wirtskristall (YVO statt YAG) hat. Zur Erzeugung des Laserstrahls wird beim Vanadat ein Neodym-dotierter Yttrium-Vanadat Kristall verwendet. Da die Anregung bzw. die Laseremission über die Neodym-Dotierung erfolgt, hat der Vanadat Laser die gleiche Wellenlänge wie der YAG Laser (1064nm).

Die Vorteile des Lasersystems

Der Vanadat Laser ist leichter zu pumpen, da die Absorptionsbande deutlich breiter als beim YAG Laser sind. Dies hat den Vorteil, dass die Wellenlängendrift der Pumpdioden (z.B. durch Erwärmung) geringere Schwankungen in der Ausgangsleistung verursacht. Der optische Wirkungsgrad ist höher als beim YAG Laser, daher ist die Abfuhr der Abwärme weniger kritisch oder die Ausgangsleistung (bei gleichem Kristallvolumen und gleicher Kristallgeometrie) höher.

Ein Vanadat Laser kann zur Markierung von überaus vielen, unterschiedlichen Materialien eingesetzt werden – weitestgehend gleich zu dem, was ein YAG Laser markieren kann. So markiert und beschriftet der Laser so gut wie alle Metalle, Kunststoff und teilweise organische Materialien. Der Vandat Laser kann im Vergleich zum YAG Laser mehr Pulse pro Sekunde abgeben. Das kann für schnelle Beschriftungen auf Kunststoff vorteilhaft sein, da immer noch Pulsüberlappung gegeben ist.

Ein Laser kann generell nur dann mit einem Werkstück wechselwirken, wenn dieses ausreichend hohe Absorption hat. Reflektierte oder transmittierte Leistung sind – naheliegend – für Materialbearbeitung nutzlos.

Da der Laser im nahen Infrarot emittiert, kann man als Faustregel angeben, dass jeder Werkstoff, der für das menschliche Auge transparent ist, auch mit nahem Infrarot nicht zu bearbeiten ist. Nicht eingefärbte Gläser, Plexiglas, Polystyrol u.ä. können daher nicht bearbeitet werden. Dies ist mit einem CO₂ Laser machbar.

Niedrige laufende Kosten

Der YVO4-Laser bedarf neben den anfallenden Stromkosten keiner weiteren Betriebskosten. Somit gilt das Lasersystem im täglichen Einsatz als überaus kostengünstig und löst herkömmliche Markierungssysteme, die mit Tinte und Etikettenlabels arbeiten, immer mehr ab. Sowohl beim YAG als auch beim Vanadat Laser sind jedoch die Pumpdioden nach etwa 15000 – 20000 Betriebsstunden zu tauschen. Dies ist ein Nachteil gegenüber den Faserlasern, deren Pumpdioden keinen regulären Wartungsintervallen unterworfen sind.

Im Gegensatz zu Tintenstrahldruckern bieten Lasersysteme eine höhere Druckqualität, niedrigere laufende Kosten (kein Verbrauchsmaterial, keine verstopften Düsen, …) und einen extrem niedrigeren Wartungsaufwand. Die Investition ist allerdings deutlich höher.

Werden vorbedruckte Karton mit dem Lasersystem markiert, wird eine gut kontrastierende Beschriftung mit kurzer Beschriftungszeit auf dem Untergrund erzeugt.

Wie dauerhaft sind die Markierungen mit dem Lasersystem?

Lasermarkierungen verfügen generell über eine sehr große Haltbarkeit, da die Beschriftung häufig im Volumen des Materials – und nicht nur an der Oberfläche - stattfindet. Im Gegensatz zu aufgedruckten Bildern, Texten oder Barcodes sind die Markierungen mittels Laserstrahl abriebfest und absolut wischfest. Selbst Lösungsmittel, Öl, schwache Laugen und Säuren, sowie höhere Temperaturen können der Markierung nichts anhaben. Dies ist mit ein Grund dafür, dass Lasermarkiersysteme in den letzten Jahren immer mehr an Relevanz gewonnen haben, wenn es um die sicherheitsrelevante Markierung von Bauteilen – beispielsweise zur Verhinderung von Fälschungen oder für die Rückverfolgbarkeit – geht.
In der Teilekennzeichnung finden sie immer mehr Anwendung, denn auch in Autos finden sich immer mehr Bauteile, die mittels Laser markiert worden sind. Hier sind es Schalter für die Armaturenbretter, Typenschilder, Beschriftungen für sicherheitsrelevante (z.B. Gurtschlösser), als auch für teure Bauteile (Motorenkomponenten wie z.B. Nockenwellen).