Mediumskennzeichnung

Letzter Autor: induux Redaktion 21. September 2022

Bei der Mediumskennzeichnung wird ein Kennzeichnungsträger eingesetzt. Er wird als Schild oder Etikett zunächst beschriftet – z. B. mit einem Beschriftungslaser – und dann an dem zu kennzeichnenden Element (in der Regel durch Nieten, Schrauben, Clips oder Kleben) angebracht.

Trägermaterialien (Schildmaterialien)

Als Trägermaterialien für die Mediumskennzeichnung, häufig auch als Schildmaterialien bezeichnet, kommen Folien, Mehrschichtmaterialien, Metalle und Kunststoffe zum Einsatz.
Bei den einzelnen Herstellungsverfahren für industriell eingesetzte Kennzeichen lassen sich folgende Beschränkungen hinsichtlich der Bearbeitung von unterschiedlichen Schildmaterialien konstatieren:

Schildmaterialien

Herstellungsverfahren	Bedruckbare Materialien	Möglichkeiten zu Farbdruck
CO2-Laser	Kunststoffe (Folien, starre Kunststoffe, Elastomere) Beschichtete Metalle	nein ja
Faserlaser	Metalle Folien Kunststoffe	nein (nur Edelstahl, Eisen und Titan können durch Anlassen mit Farbe bedruckt werden) nein nein
Kristall-Laser	Metalle Kunstsoffe (Folien, starre Kunststoffe, Elastomere)	nein nein
Eloxalunterdruck (Eloxal-Verfahren)	Offenporig eloxierstes Aluminium	ja
Mechanische Gravur	Metalle Kunststoffe (Folien, starre Kunststoffe)	nein nein
Nadelmarkierer	Metalle Kunststoffe (Folien, starre Kunststoffe)	nein nein
PrintoLUX®-Verfahren	Metalle Kunststoffe (Folien, starre Kunststoffe, bestimmte Elastomere)	ja ja (ja, ja, nein)
Ritzmarkierer	Metalle Kunststoffe (Folien, starre Kunststoffe)	nein nein
Siebdruck	Metalle Kunststoffe (Folien, starre Kunststoffe, Elastomere)	ja ja
Solvent-Druck	Metalle Kunststoffe (Folien, starre Kunststoffe, Elastomere)	ja ja
Stift-Plotter	Kunststoffe (Folien, starre Kunststoffe, Elastomere)	ja
Plotter	Folien	nein
Thermotransferdruck (Thermodruck)	Spezialetiketten Harzbänder	nein nein
UV-Direktdruck	Metalle Kunststoffe (Folien, starre Kunststoffe, Elastomere)	ja ja

Herstellungsverfahren für industrielles Kennzeichnen

Vorgang der Oberflächenbearbeitung und Oberflächenbehandlung durch den Auftrag der Druckzeichen, Quelle: Hermann Oberhollenzer (Hrsg.), Herstellungsverfahren für die industrielle Kennzeichnung, Springer, Heidelberg 2018 (Abb. 2.1.a Oberflächenbehandlung)

Bei der Mediumskennzeichnung lassen sich die Verfahren in drei Gruppen einteilen:

1. Eine Gruppe, zu der u.a. die mechanische Gravur und die Lasergravur gehören, verändert die Oberfläche der Kennzeichnungsträger in ihrer Substanz (z. B. Spanabhebung, Reliefbildung usw.).
2. Eine zweite Gruppe ergänzt die Oberfläche durch den Auftrag der Druckzeichen (s. Abbildung).
3. Eine dritte Gruppe, die Laserbeschriftung, erzielt die gewünschte Gestaltung durch Oberflächenveränderung. Sie wird dabei möglich durch Anlassen, Verbrennen von Kohlenstoff oder durch Aufschäumen von Kunststoff.

CO₂-Laser (Kohlendioxidlaser)

Für die Kennzeichnungsherstellung mittels Laser kommen zwei Lasertypen zum Einsatz: Gas-Laser und Festkörperlaser. Bei den Gas-Lasern werden die Kohlendioxidlaser (CO₂-Laser) für die Kennzeichnungsherstellung eingesetzt. CO₂-Laser tragen das Material von der zu bedruckenden Oberfläche ab, womit sich die formgebende Vertiefung herstellt. CO₂-Laser eignen sich zur Kennzeichnung nicht-metallischer Materialien, insbesondere für Kunststoffe und Folien.

Eloxal-Unterdruck-Verfahren (Eloxal-Verfahren)

Mit dem Eloxal-Unterdruck-Verfahren werden offenporig eloxierte Aluminiumplatten digital bedruckt und dann in einem Heißwasserbad bei mindestens 97 Grad Celsius verdichtet. Dabei lagert sich Wasser in die Aluminiumeloxalschicht ein und bringt das Aluminiumeloxal zur Ausdehnung. In der Folge kommt es zu einer starken Verengung der Poren und zu einer Verdichtung der Materialstruktur. Die Materialoberfläche gewinnt an Härte. Durch die Verengung können die beim Druck eingedrungenen Farbstoffe nicht mehr entweichen. Von außen können auch keine Farbstoffe oder Chemikalien eindringen. Der Druck weist eine hohe Beständigkeit auf.

Der Name „Eloxal“ (elektrolytische Oxidation von Aluminium) verdeutlicht, dass dieses Verfahren nur mit Aluminium als Schildmaterial funktioniert.

Faser-Laser

Die Hauptbestandteile der Faser-Laser sind Pump-Laserdioden, Einkoppeloptik und Resonator. Sie erzielen einen äußerst kleinen Fokusdurchmesser und damit eine hohe Intensität. Faser-Laser-Systeme eignen sich sehr gut für Metallgravuren und für kontrastreiche Kunststoffmarkierungen.

Kristall-Laser

Wie die Faserlaser, so zählen auch Kristall-Laser zu den Festkörperlasern. Für die Kennzeichnungsherstellung genutzte Kristall-Laser sind als „Neodymlaser“ bekannt. Sie sind diodengepumpt. Kristall-Laser haben zumeist dieselbe Wellenlänge wie Faserlaser. Sie sind deshalb ebenfalls für die Beschriftung von Metallen und Kunststoffen, teilweise auch für Keramik, einzusetzen.

Mechanische Gravur

Die mechanische Gravur (auch als „Maschinengravur“ bezeichnet) ist ein spanabhebendes Verfahren. Zur Anwendung dieses Verfahrens werden CNC-Gravier- und Fräsmaschinen ersetzt. Sie erzeugen auf den Oberflächen des Trägermaterials Gravuren und Reliefs.

Nadel-, Ritzmarkierer

Nadelmarkieren und Ritzmarkieren stehen als technische Weiterentwicklung in der Folge des traditionellen Schlagstempelverfahrens. Beide Verfahren verdichten das Schildmaterial durch Krafteinwirkung. Das Nadelmarkieren ermöglicht eine beständige Kennzeichnung einer Vielzahl von Materialien. 

Beim Ritzmarkierer werden ebenfalls Hartmetallnadeln, aber auch Industriediamantnadeln eingesetzt. Damit sind Kunststoffe und Metalle zu bearbeiten. Im Unterschied zum Nadelmarkieren stößt die Nadel nicht auf das Material, sondern gleitet über die zu markierende Fläche und zieht so eine gleichmäßige, durchgehende Linie. Im Bereich der Medienkennzeichnung wird das Nadelmarkieren und das Ritzmarkieren oft für die Herstellung von Typenschildern genutzt.

Siebdruck

Das Verfahren wird in der Industrie ebenso eingesetzt wie in anderen Bereichen (z. B. Verpackung, Textil, usw.). Das große Anwendungsfeld ist vor allem der Vielseitigkeit des einsetzbaren Trägermaterials geschuldet. Papier, Stoffe, Kunststoffe, Schichtstoffe, Folien, Glas, Keramik und Metalle eignen sich bei diesem Verfahren für ein Bedrucken. Beim Siebdruck wird die Druckfarbe mit einer Gummirakel durch ein feinmaschiges Gewebe auf das Trägermaterial gedruckt. An den Stellen des Gewebes, an denen nicht gedruckt werden soll, werden die Maschenöffnungen des Gewebes durch eine Schablone farbundurchlässig gemacht. Der Siebdruck wird auch als „Durchdruckverfahren“ bezeichnet.

PrintoLUX-Verfahren

Das patentierte PrintoLUX-Verfahren ist eine thermohärtende Variante des Digitaldrucks. Mit dem Verfahren lassen sich Metalle, Kunststoffe und Folien digital bedrucken. Wesentliche Verfahrenskomponenten sind: ausgewählte und zertifizierte Schildermaterialien, spezielle Drucksysteme, eine Standard-Etikettensoftware für alle herzustellenden Kennzeichnungen, hochpigmentierte wasserbasierte Spezial-Tinten, Vorbehandlungsprodukte sowie Wärmeeinheiten zur Thermohärtung. Die drei Arbeitsschritte, die beim PrintoLUX-Verfahren zu absolvieren sind: Vorbehandeln des Materials, Drucken, Thermohärten in einer zum System gehörenden Wärmeeinheit.

Das seit 2008 verfügbare Verfahren ist nach dem Unternehmen PrintoLUX benannt, von dem es entwickelt wurde. Es stellt eine thermohärtende Variante des Digitaldrucks dar. Damit können Metalle, Kunststoffe und Folien in beständiger Weise bedruckt werden.

Verfahrens-Komponenten sind: ausgewählte und zertifizierte Schildermaterialien, spezielle Drucksysteme, eine Standard-Etikettensoftware für alle herzustellenden Kennzeichnungen, hochpigmentierte wasserbasierte Spezial-Tinten, Vorbehandlungsprodukte sowie Wärmeeinheiten zur Thermohärtung.

Die Anwendung des PrintoLUX-Verfahren verläuft in drei Schritten: Vorbehandelung des Trägermaterials, Druckvorgang und abschließend das Thermohärten des Drucks in einer zum System gehörenden Wärmeeinheit. Beim thermischen Aushärtungsvorgang dringt die Tinte in das bedruckte Material ein. Es entsteht eine chemische Verbindung (Kohäsion) zwischen Tinte und Schildmaterial, was im Gegensatz zur Adhäsion als physikalischem oberflächlichen Auftrag zu einer hohen Beständigkeit führt. Das Verfahren arbeitet mit zertifizierten Schildmaterialien, um hinsichtlich Beständigkeit und Darstellungsqualität Ergebnisoptimierungen zu erzielen.

Das PrintoLUX-Verfahren benötigt keine Rüstzeiten und keine Nachlaufzeiten. Beim Drucken werden zur Erhöhung der Effizienz Nutzenbogen eingesetzt. Bei der Anwendung des Verfahrens sind keine Schutzvorrichtungen nötig. Alle eingesetzten Komponenten sind hinsichtlich Gesundheit und Umwelt unbedenklich. Da das Verfahren ohne Lärmemissionen arbeitet, ist auch ein Einsatz im Büroumfeld möglich.

Zu den Anwenderbranchen des PrintoLUX-Verfahrens gehören insbesondere der Anlagen- und Maschinenbau, Automotive und Automobilproduktion, Chemische- und Pharmazeutische Industrie.

Solvent-Druck (Foliendruck)

Bei diesem Verfahren kommen lösungsmittelbasierte Tinten zum Einsatz. Beim Kontakt mit dem Trägermaterial weichen diese Tinten die Oberfläche im Druckbereich auf und dringen formgebend in das Material ein. Zumeist nutzt der Solvent-Druck Kunststoffe, Folien Stoffen und Polyestergewebe als Schildmaterialien. In Produktionsbetrieben wird der Solvent-Druck vor allem für die Schaltschrank-Kennzeichnungen eingesetzt.. Trägermaterial ist dann zumeist PC-Polycarbonat.

Stift-Plotter (Plotter)

Bei Stiftplottern kommen sowohl Rollenplotter als auch Flachbettplotter zum Einsatz. Bei den Rollenplottern bewegen Rollen das Papier. Bei Flachbettplottern ist das Papier fixiert und der Plotter bewegt den Stift. Eine Ablösung der Stiftplotter durch Laser- und Tintenstrahldrucker begann Anfang der 1990er Jahre. Da bei der industriellen Kennzeichnung immer mehr 2D-Codes abgebildet werden, Stiftplotter solche Codes aber schlecht herstellen können, werden sie häufig durch Tintenstrahldrucker ersetzt.

Thermotransferdruck (Thermodruck)

Die ersten Thermotransferdrucker wurden Anfang der 1980er Jahre hergestellt. Beim Druckvorgang dieses Verfahrens wird mit Hitzeeinwirkung Farbstoff von einer Farbfolie auf das zu Trägermaterial übertragen. Als Trägermaterialien dienen Papier, Folien und Textilien. Derart „weiche“ Materialien ermöglichen auch die Verarbeitung als Rollenmaterial. Einige Thermotransferdrucker erlauben auch das Bedrucken von Kunststoffschildern (z. B. für Schaltschrankbeschriftung). Beim industriellen Kennzeichnen werden mit Verfahren vor allem Etiketten hergestellt.

UV-Direktdruck

Der digitale UV-Direktdrucks unterscheidet sich vom herkömmlichen Digitaldruck durch die andersartige Verbindung zwischen Trägermaterial und aufgebrachter Tinte. Bei herkömmlichen Digitaldruck-Verfahren dringt die Tinte in das Material ein und trocknet durch die Umgebungsluft oder durch thermische Härtung. Beim UV-Direktdruck dringt die Tinte nicht vollständig ein. Sie wird nach dem Auftragen mit ultraviolettem (UV) Licht gehärtet. So bildet die Tinte eine dünn aufliegende Schicht. Das Verfahren erlaubt eine Vielzahl Trägermaterialien. Häufig werden Aluminiumverbundplatten (oft das Produkt Dibond), PVC-Hartschaumplatten (oft das Produkt Forex) oder Hohlkammerplatten genutzt. Aber auch Metalle und Holz lassen sich so bedrucken.

Literatur

Hermann Oberhollenzer (Hrsg.), Herstellungsverfahren für die industrielle Kennzeichnung, Springer, Heidelberg 2018, 320 Seiten, ISBN 978-3-662-55331-2, E-Book: [1].