2.5D und 3D Lasergravur

Die Lasergravur ist eine sehr präzise Art der Bearbeitung, bei der nach dem Verdampfen eines bestimmten Materialvolumens ein plastisches Muster mit der gewünschten Form und den gewünschten Abmessungen entsteht. In den meisten Fällen wird die Gravur in einer Tiefe von einigen Hundertstel bis zu einigen Zehntel Millimetern durchgeführt.

Meistens wird nur in einer einzigen Tiefe graviert, das Muster enthält dann nur zwei Höhenebenen – die Oberflächenebene und die Ebene des gravierten Bereichs. Die Datenquelle für den Prozess ist eine herkömmliche 2D-Grafik, die Tiefe der Gravur im Material wird durch die Laserparameter und die Anzahl der Wiederholungen des Prozesses bestimmt. Diese Art der Bearbeitung wird gemeinhin als 2D-Lasergravur bezeichnet, für die eine Standard-Laserbaugruppe, bestehend aus einer Laserquelle, einem ablenkenden Laserkopf mit Fokussieroptik und einer Steuerungssoftware mit einer geeigneten Steuerkarte, verwendet werden kann.

Wenn der Fokus des Laserstrahls während des Prozesses kontrolliert verändert wird, oder sogar die Richtung des Laserstrahls geändert wird, spricht man von 3D-Gravur. Für die 3D-Gravur sind bereits spezielle Komponenten erforderlich – ein optisches System zur Refokussierung, das den Fokus des Strahls kontinuierlich ändern und auch bei gekrümmten Oberflächen beibehalten kann. Bei komplexeren Anwendungen können wir auch Positionierungssysteme antreffen, die den Laserkopf in komplexeren Mehrachssystemen tragen. Auch die Steuerung des Prozesses muss ausgefeilter sein, wobei die Lasersteuerung oft zusätzlich mit der Steuerung des Positionierungssystems verbunden werden muss, wenn dies für den Prozess erforderlich ist.

An der Grenze zwischen diesen beiden Anwendungen steht die sogenannte 2,5D-Gravur. Bei der 2,5D-Gravur wird die Laserbewegung auch zur Neufokussierung des Systems verwendet (hier meist nur in Form einer mechanischen Z-Achse), aber anders als bei der 3D-Gravur ist die Steuerung in der dritten Achse nicht kontinuierlich und erfolgt, wenn die X- und Y-Achsen stillstehen. Außerdem trifft der Strahl immer in einer einzigen Richtung auf der Oberfläche ein, idealerweise senkrecht zu der zu bearbeitenden Einzelfläche. Aufgrund des einfacheren Konzepts des Geräts ist die Steuerung des gesamten Systems einfacher, aber es gibt immer noch Elemente, die bei der herkömmlichen 2D-Gravur fehlen. Die Steuerungssoftware ermöglicht hier den Import eines 3D-Modells des Zielteils (z.B. im STL-Format), das dann in einzelne Schichten zerlegt wird. Schicht für Schicht wird die entsprechende Grafik bearbeitet und sublimiert, wobei immer nur eine bestimmte Materialtiefe sublimiert wird. Durch die Überlappung der Grafiken aus den einzelnen Schichten wird eine tiefere Gravur erreicht, die eine erweiterte Bildplastizität erzeugt. Der Laserprozess muss richtig eingestellt werden, um sicherzustellen, dass das resultierende Muster nicht zu tief oder zu flach ist, nachdem alle Schichten übereinander gelegt wurden.

Bei der 2,5D-Gravur finden wir halbwegs fließende Übergänge zwischen verschiedenen Tiefen des gravierten Musters. Die Kontinuität des Übergangs hängt von der Anzahl der verwendeten Schichten ab. Bei einer geringeren Anzahl von Schichten sind die Übergänge deutlicher sichtbar, bei einer höheren Anzahl von Schichten wird ein besseres Design erzielt, aber die Prozesszeit verlängert. Eine sehr wichtige Phase des gesamten Prozesses, vergleichbar mit der Bedeutung der korrekt eingestellten Laserparameter, ist die angemessene Vorbereitung des Modells. Es gibt eine Reihe von Software, die in dieser Hinsicht verwendet werden kann, z.B. ArtCam, Inventor, Rhinoceros 3D, etc.