Black Marking: Technische Details und praktische Anwendung

Was ist Black Marking?

Black Marking ist ein Begriff aus dem Bereich der Laserbeschriftung. Hinter dem Ausdruck verbirgt sich ein Effekt, der für eine tiefschwarze, nicht-reflektierende Markierung sorgt. Diese Art der Markierung bringt viele Vorteile für die Kennzeichnung sensibler Produkte und ist damit prädestiniert für die Anwendung in der Medizintechnik. Von der Theorie bis zur praktischen Anwendung haben wir uns diese besondere Schwarzmarkierung angeschaut.

Das sogenannte Black Marking ist ein Effekt, der bei der Laserbeschriftung erzeugt wird. Ein typischer Anwendungsbereich für das Black Marking, auch Schwarzmarkierung genannt, liegt in der Medizintechnik: Vor allem für medizinische Instrumente und Implantate aus Edelstahl wird das Laser Black Marking bevorzugt, da die entstehende Markierung mit ihren besonderen Eigenschaften optimal die strengen Vorschriften der Medizintechnik erfüllt. 

Welcher Laser ist für Black Marking geeignet?

Auch wenn sich generell sagen lässt, dass Ultrakurzpulslaser für diese Anwendung optimal geeignet sind, gibt es doch Unterschiede, die entscheidend sein können: Ultrakurzpulslaser mit einer Pulsbreite, die stufenlos zwischen Femto- und Pikosekundenbereich einstellbar ist, bieten besondere Präzision und herausragende Markierqualität, da sie optimal an das Material und die Markieranforderungen anpassbar sind. Das ist besonders in den hochsensiblen Bereichen mit strengen Regularien, wie der Medizintechnik, entscheidend, um eine sichere Markierung zu erreichen.

Wie entsteht der Black Marking Effekt und was macht ihn so besonders?

Für den Black Marking Effekt wird mit einem Ultrakurzpulslaser auf dem Metall eine Nanostruktur erzeugt, die das Licht einfängt. So erscheint die Markierung unabhängig von Winkel und Lichteinfall tiefschwarz und matt und reflektiert nicht.

Da bei der Bearbeitung praktisch kein Wärmeeintrag im Material entsteht, wird im Zusammenhang mit Black Marking auch von „kalter Laserbeschriftung“ gesprochen. Das bringt eine weitere Besonderheit mit sich: Die Markierung ist besonders materialschonend, korrosionsfrei und extrem beständig.  

Für welche Anwendungen ist Black Marking geeignet?

Black Marking ist vor allem bei der Markierung von medizinischem Edelstahl weit verbreitet. Hintergrund der Popularität des Black Marking in der Medizintechnik ist, dass das Black Marking optimal den strengen Anforderungen in der Medizintechnik und den Besonderheiten im Produktlebenszyklus von medizinischen Edelstahl-Instrumenten und Implantaten entspricht. Denn diese Art der Schwarzmarkierung bietet:

• Schonende Kennzeichnung bei gleichzeitig hohem Kontrast
• Qualitativ hochwertige, reflexionsfreie Markierungen auch in minimaler Größe
• Zuverlässige Lesbarkeit über den gesamten Produktlebenszyklus
• Tiefschwarze, sichere Markierungen, die auch bei mehrfachen Wiederaufbereitungs-Zyklen nicht verblassen und korrosionsfrei bleiben

Black Marking eignet sich aufgrund seiner vielen Vorteile aber auch für andere Branchen und Materialien. Wie bei allen anderen Markierlösungen gilt auch hier: Eine Beratung durch Laser-Expert/innen und Markiertests helfen, die optimale und nachhaltig überzeugende Lösung zu finden.

Warum gilt Black Marking auf Edelstahl als korrosionsfrei?

Um diese Frage zu beantworten, lohnt sich zunächst ein Blick auf die Eigenschaften von (rostfreiem) Edelstahl und auf die Wirkungsweise von Lasern. 

Edelstahl kann grundsätzlich mit unterschiedlichen Lasern gekennzeichnet werden – welcher Laser optimal geeignet ist, richtet sich nach den Markieranforderungen und nach dem Einsatzbereich des Produkts. Je nach Laserquelle und Laserparametern unterscheidet sich, wie das Material auf den Laserpuls reagiert: Entsteht eine Lasermarkierung zum Beispiel durch stärkere Wärmeeinwirkung, wie beim Faserlaser, bildet sich eine Eisen-Oxid-Schicht, die als Kontrast sichtbar wird. Je stärker die Wärmeeinwirkung, desto dicker die Eisen-Oxid-Schicht. Je dicker die Eisen-Oxid-Schicht, umso kontrastreicher ist die Markierung.

Das klingt zunächst gut, kann aber die markierte Stelle anfällig für Rost machen, denn die Korrosionsresistenz von „rostfreiem“ Edelstahl ist abhängig von der voll ausgebildeten und intakten chromoxidreichen Passivschicht. Durch die Bildung der Eisen-Oxid-Schicht verändert sich das Verhältnis von Chrom zu Eisen im nichtrostenden Stahl zu Ungunsten des Chroms. Ist der Chromanteil zu niedrig, wird die Passivschicht irreversibel geschädigt und das Material ist anfällig für Korrosion. Das kann zum Beispiel für den Einsatz im medizinischen Bereich problematisch sein. 

Wenn es also darauf ankommt, dass die markierte Stelle sicher korrosionsfrei ist, muss so materialschonend markiert werden, dass die Passivschicht erhalten bleibt. Alternativ kann sie selbstverständlich durch chemische Passivierungsverfahren erneuert werden. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass die Markierung durch Passivierung verblassen kann, wenn nicht alle Parameter optimal aufeinander abgestimmt sind. 

Warum gilt nun also das Black Marking mit Ultrakurzpulslasern als korrosionsfrei? Der Schlüssel liegt in der Kombination aus hoher Pulsspitzenleistung und kurzer Pulsdauer: Wie oben beschrieben, ist das Material bei der Markierung mit Ultrakurzpulslasern nahezu keiner Wärme ausgesetzt, so dass der Selbst-Passivierungs-Mechanismus aufrechterhalten bleibt. Die Markierung entsteht nicht durch die Bildung einer Eisen-Oxid-Schicht, sondern durch den optischen nanostrukturellen Effekt. Das bringt den weiteren Vorteil mit sich, dass die Markierungen so resistent sind, dass sie auch nach vielen Reinigungs- und Passivierungszyklen nicht verblassen.

Black Marking und UDI

Seit Einführung der UDI-Richtlinie (Unique Device Identification) ist die direkte Teilemarkierung Pflicht für mehrfach verwendete, zur Wiederaufbereitung vorgesehene Medizinprodukte, um die Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten.

Vor allem die Markierung von Instrumenten aus Edelstahl bringt dabei durch die Werkstoffeigenschaften und Besonderheiten im Produktlebenszyklus (wie zum Beispiel Reinigung, Sterilisation, Passivierung) spezielle Herausforderungen mit sich. Aufgrund der herausragenden Eigenschaften, die eine „Black Marking“-Markierung bietet, hat sich diese Art der Schwarzmarkierung für die Kennzeichnung von UDI-Codes auf medizinischem Edelstahl bewährt.

Das Laser Black Marking ermöglicht eine sichere Kennzeichnung, die den medizinischen Regularien und Vorschriften entspricht – und das auch, wenn nur wenig Platz für die Markierung verfügbar ist, was bei medizinischen Instrumenten und Implantaten häufig der Fall ist: Sogar minimal kleine Codes sind optimal maschinenlesbar, da diese Schwarzmarkierungen nicht nur tiefschwarz und reflexionsfrei sind, sondern auch besonders filigran aufgebracht werden können. 

Ist Black Marking für meine Anwendung geeignet?

Sie sind auf der Suche nach der richtigen Lösung für Ihre Markieranwendung? Dann geht es zunächst darum zu klären, welche Anforderungen die Markierung auf Ihren Produkten erfüllen muss. Entsprechen die oben genannten Vorteile des Black Marking Ihren Anforderungen, könnte das Black Marking genau das Richtige für Ihre Anwendung sein. Weitergehende Fragen sollten mit Laser-Expert/innen geklärt werden und es ist entscheidend, dass nach einer ausführlichen Beratung auch Markiertests auf Ihrem Material durchgeführt werden, um die optimalen Laserparameter für Ihr Produkt zu ermitteln und an Ihren Bedarf anzupassen.