Sprühschablonen schneiden (CO2-Laser)
15. Juli 2024
Du suchst nach einem Laser, der noch mehr Materialien gravieren kann als ein CO₂-Laser? Dann solltest du einen Blick auf einen UV-Laser (Affiliatelink) werfen. Ja, sie sind hochpreisiger als CO₂-Laser, jedoch ist diese Laserart perfekt für die Glasgravur geeignet. Nachdem ich meinen Commarker Omni 1 nun schon ca. 1,5 Jahre habe und viele verschiedene Materialien graviert und geschnitten habe, ist es an der Zeit für ein Fazit.
Die Gelegenheit möchte ich gleich mit nutzen, um euch Vor- und Nachteile im Vergleich zu anderen Laserarten zu erklären.
Planung und Kauf
In verschiedenen Gruppen und in einigen WhatsApp-Status habe ich schon gesehen, was für bombastische Gravuren mit einem UV-Laser möglich sind. Da ich sowieso ein Video und Shorts zu den getesteten Materialien drehen wollte, habe ich Kontakt mit Commarker aufgenommen. Herausgekommen ist ein langes Video, in dem ich vom Aufbau bis zu den ersten Tests alles zeige, und viele Shorts. Sogar Bienenwachs habe ich damit graviert! ;-)
Hier mein langes Video zum UV-Laser:
Wie arbeitet ein UV-Laser?
Bei UV-Lasern handelt es sich um sogenannte Galvo-Laser. Zu den unterschiedlichen Wellenlängen der Laserarten folgt gleich eine Gegenüberstellung. Und ja, es gibt auch CO₂-Laser als Galvo-Laser, aber die sind meiner Auffassung nach noch sehr, sehr wenig verbreitet und sie sind eine Mischung aus CO₂- und Galvo-Lasern.
Während bei klassischen Dioden- oder CO₂-Lasern der Laserkopf auf Schienen über die X- und Y-Achse (Gantry-System) fährt, arbeitet der Galvolaser ganz anders. Beim UV-Laser wird wird nicht die X- und Y-Achse bewegt, sondern die zwei kleinen Spiegel, die sich im Vergleich zum CO₂-Laser und dank schneller Motoren extrem schnell und präzise bewegen. Somit kann eine Bewegung millimetergenau und innerhalb von Millisekunden stattfinden.
Der Laserstrahl wird durch mehrstufige Frequenzverdreifachung von Kristallen über die große, sichtbare Linse (die sogenannte F-Theta-Linse) über die Arbeitsfläche gelenkt, weshalb mehrere tausend Millimeter pro Sekunde Gravurgeschwindigkeit möglich sind. Dadurch dass keine mechanischen Vibrationen stattfinden, wird die Gravur noch dazu gestochen scharf.
Die Wellenlängen im Vergleich
Der entscheidende Unterschied zwischen Lasern liegt in der Wellenlänge des Lichts und der Art, wie das Material darauf reagiert:
🟣 UV-Laser (355 nm – Ultraviolett) – Die "kalte Gravur"
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Durch die extrem kurze Wellenlänge bricht der UV-Laser die chemischen Molekülbindungen im Material direkt auf (photochemischer Prozess), anstatt das Material primär durch Hitze zu verbrennen oder zu schmelzen.
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Der Vorteil: Nahezu keine Wärmeeinflusszone (keine Brandränder, kein Verziehen). Er erzeugt extrem feine, mikroskopisch präzise Gravuren und eignet sich für fast jedes Material – von heiklen Kunststoffen über Glas bis hin zu Metallen und Edelmetallen.
🔵 Diodenlaser (ca. 450 nm – Sichtbares blaues Licht)
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Typischer Einstiegslaser auf Portalachsen. Funktioniert rein thermisch (verbrennt das Material punktuell).
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Einsatzbereich: Ideal für Holz, Leder und dunkle Materialien. Stößt bei klarem Glas, durchsichtigem Acryl oder blankem Metall an physikalische Grenzen. Glas lässt sich mit Diodenlasern nur gravieren, wenn es vorher mit einem schwarzen Spray behandelt wurde.
🔴 Faserlaser (ca. 1.064 nm – Nah-Infrarot)
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Ebenfalls meist als Galvo gebaut, extrem energiereich.
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Einsatzbereich: Das absolute Kraftpaket für Metalle und bestimmte harte Kunststoffe. Für Holz, Glas oder transparentes Acryl ist die Wellenlänge jedoch ungeeignet.
⚪ CO₂-Laser (ca. 10.600 nm – Fern-Infrarot)
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Thermischer Abtrag bei langer Wellenlänge.
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Einsatzbereich: Der Allrounder zum Schneiden und Gravieren von organischen Materialien (Holz, Leder, Papier, Acryl in allen Farben) und zum Mattieren von Glas. Unbeschichtetes Metall lässt sich damit nicht gravieren.
Vorteile
Der UV-Laser ist eine materialschonende Technologie, weshalb auch außergewöhnliche Sachen wie Äpfel oder Pistazien graviert werden können - die sogar noch essbar sind. Während herkömmliche Dioden-, CO₂- und Faserlaser primär mit Hitze arbeiten, setzt der UV-Laser auf die sogenannte "kalte Markierung". Dadurch bietet er gegenüber den anderen Laserarten entscheidende Vorteile:
Minimale bis keine Hitzeentwicklung
Durch die ultrakurze Wellenlänge (355 nm) werden Molekülbindungen im Material direkt aufgebrochen, anstatt den Werkstoff zu schmelzen oder zu verbrennen. Es entstehen keine unschönen Brandränder, Schmauchspuren oder thermischen Verzüge an empfindlichen Werkstücken. Und ja, man kann sogar Holz mit UV-Lasern schneiden. Dazu weiter unten mehr. Der entscheidende Vorteil beim Arbeiten ohne Schmauchspuren besteht darin, dass man beim Gravieren von Holz viel Zeit spart, die man beim CO₂-Laser mit Abschleifen verbringen würde. Trotz einem starken Air Assist muss man beim Schneiden mit dem CO₂-Laser teilweise dennoch nachschleifen, da beim Anfassen durch den Schnitt der Ränder schwarze Spuren an den Händen zu verzeichnen sind. Auch beim einfachen Gravieren mit dem CO₂-Laser muss man manchmal ein wenig schleifen. Mit dem UV-Laser kann man hier viel Zeit und damit Kosten sparen.
Unerreichte Materialvielfalt
Ein UV-Laser bearbeitet Materialien, die mit anderen Laserarten kaum bis gar nicht möglich sind oder nur mit einer Vorbehandlung funktionieren:
- Glas & Kristall:
- Erzeugt extrem feine, glatte Gravuren ohne mikroskopische Ausbrüche oder Risse im Glas (im Gegensatz zum CO₂-Laser, der das Glas durch Hitze zerspringen lässt). Aus eigener Erfahrung heraus kann ich dir sagen, dass beim CO₂-Laser bei minimalst falschen Einstellungen die gravierte Fläche abplatzen kann. Beim UV-Laser passiert so etwas nicht.
- Hitzeempfindliche Kunststoffe & Silikone
- Saubere, randscharfe Markierungen ohne Aufschmelzen, Verkohlen oder giftige Verbrennungsrückstände. Das ist perfekt, wenn man 3D-gedruckte Kunststoffe wie PLA gravieren möchte. Die Gravur wird dabei weiß-gräulich, was bei dunklem Filament super aussieht.
- Metalle & Edelmetalle:
- Graviert Gold, Silber, Edelstahl, Kupfer, Messing und Aluminium sauber und präzise. Ja, man kann Metalle bearbeiten, allerdings würde ich dafür aufgrund der höheren Geschwindigkeit immer den Faserlaser nehmen.
- Elektronik & Platinen
- Markiert Kabel, Halbleiter und Leiterplatten, ohne die darunterliegende Elektronik durch Streuhitze zu beschädigen. Das habe ich persönlich noch nicht getestet, aber vielleicht kommt es irgendwann noch dazu.
- Organische Stoffe & Leder:
- Filigrane Gravuren ohne verbrannte Kanten oder Rußbildung. Ich selbst habe schon einiges an organischem Material getestet, beispielsweise einen Apfel oder eine Pistazie. Auch ein Short zu Leder gravieren und schneiden findest du bei mir auf dem YouTube-Kanal (gerne abonnieren :-) ).
Extrem winziger Fokuspunkt & mikroskopische Präzision
Bedingt durch die kurze Wellenlänge lässt sich der UV-Laserstrahl auf einen Bruchteil der Punktgröße eines CO₂- oder Diodenlasers fokussieren. Das ermöglicht ultrafeine Mikro-Gravuren, gestochen scharfe Miniaturtexte (z. B. auf Schmuck oder Bauteilen) und hochauflösende Fotogravuren. Das hat aber auch einen großen Nachteil, der weiter unten beschrieben wird.
Höchste Arbeitsgeschwindigkeit durch Galvo-Technologie
Gegenüber klassischen Portallasern (Dioden- und viele CO₂-Systeme), bei denen schwere Achsen mechanisch verfahren werden müssen, lenken beim Galvo-UV-Laser winzige, hochpräzise Spiegel den Strahl. Dies erlaubt Gravurgeschwindigkeiten von mehreren tausend Millimetern pro Sekunde.
Keine Hilfsmittel oder Vorbehandlungen nötig
Im Gegensatz zu Diodenlasern, die für Glas oder reflektierende Metalle Sprays, Kreide oder Lacke als Absorber benötigen, graviert der UV-Laser diese Werkstoffe direkt im Rohzustand.
Wartungsarm und verschleißfrei
Da keine Röhrengase verbraucht werden (wie bei CO₂-Glasröhren) und keine beweglichen Riemen oder Führungen im Laserkopf verschleißen, arbeitet die Festkörper-UV-Quelle zuverlässig und reproduzierbar. Nur am Anfang sollte man prüfen, ob der Laserkopf tatsächlich komplett parallel zur Arbeitsfläche ist. Das müsste ich selbst noch machen. ;-) Beim Gravieren merkst du schon, wenn es nicht ganz parallel ist, da der Fokus an einem Punkt ein klein wenig anders sein kann als an einem anderen Punkt.
Nachteile
Neben den ganzen Vorteilen gibt es auch einige Nachteile, aufgrund derer man selbst entscheiden muss, ob der UV-Laser geeignet ist für den Einsatzzweck.
Sehr geringe Schnittleistung und Materialstärke
Mein UV-Laser Commarker Omni 1 5 W arbeitet mit 5 W optischer Leistung. Während mein CO₂-Laser Omtech 2850 mit 80 W dickes Holz oder Acryl in einem Zug trennt, benötigt der UV-Laser für 3 mm Sperrholz mit meinen Einstellungen 2 Durchläufe und mehr Zeit.
Schräge Schnittkanten (Konizität)
Durch den extrem spitzen Strahlkegel und den festen Standpunkt über dem Werkstück verläuft der Strahl an den Rändern nicht senkrecht von oben, sondern schräg, was zu einem v-förmigen Schnittspalt führt. Ich habe mir damit geholfen, den Fokus um 3 mm nach unten zu setzen. Durch diese Tatsache würde ich aber niemals passgenaue Stücke lasern oder solche, die per Steckverbindung verleimt werden.
Begrenzter Arbeitsbereich
Wenn du nicht oft einen riesigen Arbeitsbereich brauchst, könnte der UV-Laser auch für dich geeignet sein. Durch das Galvo-Systeme mit F-Theta-Linsen steht nur ein sehr kompaktes Arbeitsfeld zur Verfügung, bei dem Commarker Omni 1 sind es mit der 150er-Linse maximal 150 x 150 mm. Um einen größeren Arbeitsbereich zu erwirken, sind größere Linsen nötig, durch die jedoch der Strahl am Rand spürbar an Energiedichte und Schärfe verliert. Außerdem ist irgendwann die Höhe des Towers, an dem der Laserkopf mit den Spiegeln hängt, nicht mehr ausreichend.
Hohe Anschaffungskosten pro Watt
Die Erzeugung von 355 nm UV-Licht ist technisch extrem aufwendig. Ein 5-Watt-UV-Laser kostet ein Vielfaches eines 40-Watt-Diodenlasers oder 80-Watt-CO₂-Lasers.
Empfindliche Kristall-Optiken und Alterung
Die optischen Kristalle, die das Licht in den UV-Bereich umwandeln, altern mit der Zeit durch die energiereiche Strahlung (Degradation). Sie sind anfälliger gegen Temperaturschwankungen und Feuchtigkeit als robuste Faser- oder CO₂-Quellen.
Geringe Abtragsrate bei tiefen Gravuren
Für Relief- oder Tiefengravuren in Metall ist der UV-Laser schlicht zu schwach. Ein 50 W oder 100 W MOPA-Faserlaser trägt Metall in Sekundenbruchteilen schichtweise ab, wo der UV-Laser nur oberflächlich kontrastiert. Mit einem Faserlaser sind dadurch beispielsweise 3D-Tiefengravuren mit einer Depth Map (Tiefenkarte) möglich. Eine Münze findest du bei mir im Shop. So etwas wäre mit dem UV-Laser nicht möglich, selbst mit dem 100 W starken MOPA-Faserlaser von BWM Tech dauert eine Tiefengravur ca. 1,5 h - länger geht immer. ;-)
Strenge Sicherheitsanforderungen
Die unsichtbare 355-nm-Strahlung ist gefährlich für Augen (Netzhaut und Hornhaut) und Haut. Streulicht und Reflexionen erfordern zertifizierte UV-Schutzbrillen oder vollständig geschlossene Schutzgehäuse. Dies ist tatsächlich ein extrem wichtiger Grund für eine Umhausung, gerade wenn - wie bei mir - Haustiere im Spiel sind. Neben dem Schutzschild von Commarker habe ich auch ein 3D-gedrucktes Schutzschild, durch das überhaupt gar kein Licht in diese Richtung entweichen kann. Am sichersten ist aber natürlich eine komplette Einhausung mit einem zur Wellenlänge passendem Acrylglas.
Schneiden von Materialien
Eines vorab: Ja, man kann Holz mit einem UV-Laser schneiden. Das war mir vor dem Kauf nicht so ganz klar, da unterschiedliche Aussagen über diese Fähigkeit zu finden waren. Wenn du aber öfter Holz oder andere Materialien schneiden möchtest, bist du mit einem CO₂-Laser definitiv besser bedient.
Das Hauptproblem besteht für mich darin, dass der Laserstrahl aufgrund der festen Positionierung des Laserkopfes weiter außerhalb der Mitte nicht 100 % gerade lasert, sondern abgeschrägt ist. Je dicker das Material ist, um so tiefer muss man den Laserkopf setzen. Ich habe maximal 3 mm starkes Sperrholz geschnitten, bei einem Bekannten habe ich jedoch gesehen, dass 5 mm dickes Holz ebenfalls geschnitten werden können - nach seeehr vielen Durchläufen.
Fokuspunkt
Wie weiter oben bereits beschrieben, ist der Fokuspunkt beim UV-Laser extrem klein. Wenn man die perfekte Höhe gefunden hat, vollbringt der Laser wahre Wunder, gerade auf Glas.
Den perfekten Fokuspunkt kann man übrigens herausfinden, indem man hört und sieht. Die perfekte Höhe ist genau dann gefunden, wenn der Laserstrahl am hellsten auf das Objekt trifft und am lautesten zu hören ist.
Da der Laserpunkt so klein ist, kann aber ein halber bis ganzer mm schon große Auswirkungen haben. Ich selbst benötige bei jedem Material - insbesondere bei runden oder konischen Objekten, die man mit der Rotary/Rundgravureinheit bearbeitet - immer ein Testobjekt.
Arbeiten mit Lightburn
Während bei meinem CO₂-Laser die Einstellungen recht überschaubar sind, ändert sich das mit dem UV- und auch nochmal mit dem Faserlaser komplett.
Beim Dioden- und CO₂-Laser sind die Hauptparameter die Geschwindigkeit und die Leistung. Daneben kann man über das Linienintervall die Gravuren verändern.
Sowohl beim UV-Laser als auch beim MOPA-Faserlaser, den ich seit einiger Zeit habe, gibt es daneben noch Einstellungen zum Q-Puls, die Frequenz in Kilohertz (kHz) und die Galvo-Timings.
Pulsbreite (Q-Puls in ns)
Gibt die Dauer eines einzelnen Laserblitzes auf das Material an. Bei UV-Lasern ist der Q-Puls kleiner/kürzer (1 bis 15 ns) als beim MOPA-Faserlaser, da die Kristalle nur in diesem Bereich effizient arbeiten.
Frequenz (in kHz, also tausend Pulse pro Sekunde)
Die Frequenz bestimmt, wie viele Lichtschüsse der Laser pro Sekunde abgibt. Beim Commarker Omni 1 wurden bei mir herstellerseitig falsche Werte mitgegeben. Ich kann nur hoffen, dass die Werte in der Bedienungsanleitung mittlerweile richtig an den Kunden übergeben werden. Korrekt sind für den Commarker Omni 1 5 W übrigens 30 bis 150 kHz.
Galvo-Timings
Die Galvo-Timings hatte ich fast ein Jahr lang nicht korrekt eingestellt, ich gebe es zu. ;-) Ich habe aber beim Victor einen Kurs zum MOPA-Faserlaser in Anspruch genommen und er hat mir für einige Minuten auch mit diesen Einstellungen beim UV-Laser geholfen. Korrekt sind hier für die Standard-Sprungeinstellungen und die Standardwerte für die Verzögerung:
- Sprunggeschwindigkeit (mm/s): 4000
- Min. Sprungverzögerung (Mikrosekunden): 10
- Max. Sprungverzögerung (Mikrosekunden): 85
- Sprungdistanzbegrenzung (mm): 10,00
- Laser An TC (Mikrosekunden): 30
- Laser Aus TC (Mikrosekunden): 100
- Ende TC (Mikrosekunden): 300
- Polygon TC (Mikrosekunden): 100
Fazit
Wie bei allen Maschinen kann man nicht pauschal sagen, ob ein UV-Laser etwas für dich ist. Ich selbst habe mir oft gedacht: "Hätte ich doch nur von Anfang an gewusst, dass es so etwas wie UV-Laser gibt."
Für mich selbst ist es aber keine Option, allein auf den UV-Laser zu setzen, da ich größere oder dickere Materialien immer mit dem CO₂-Laser graviere bzw. schneide(n muss).
Auch wenn man oft beschichtete Thermoskannen/Edelstahltassen graviert, würde ich das eher mit dem CO₂-Laser gravieren, da es schneller erledigt ist. Wenn du beschichtete Edelstahltassen gravieren möchtest, geht das Entfernen der Beschichtung mit der Rotary und dem CO₂-Laser eindeutig schneller.
Nebenbei bemerkt ist es bei unbeschichtetem Edelstahl wiederum besser und schneller, mit dem Faserlaser zu arbeiten. Wenn noch dazu Farben aufs unbeschichtete Edelstahl kommen sollen, ist ein MOPA-Faserlaser notwendig.
Hätte ich gewusst, dass ein paar Wochen nach dem Kauf des Commarker Omni 1 der Commarker Omni X (Affiliatelink) herauskommt, dann hätte ich definitiv noch gewartet. Mit dem Omni X kannst du mithilfe der automatischen Z-Achsen-Änderung sogar 3D-Gravuren in Glas durchführen, die absolut klasse aussehen.
