Технологии

Введение

Лазерная маркировка позволяет обрабатывающим механизмам отпечатывать на пластмассовых деталях или упаковке даты, кодовые числа, текст, штрих-коды, логотипы или декоративные рисунки при помощи лазерных лучей. Лазерная маркировка представляет собой более чистый и экологически приемлемый метод, чем конкурирующие методы маркировки, например, печать на прокладках и струйная печать.
Поскольку работу лазерного луча можно легко запрограммировать на компьютере, лазерная маркировка является более гибким и настраиваемым методом в сравнении с системами, где используются чернила и шаблоны. Лазерная маркировка в целом требует меньше расходов, чем традиционные методы маркировки, так как для нее не требуются чернила, растворители, шаблоны или иные расходные материалы.

Несмотря на то, что технология лазерной маркировки появилась несколько десятилетий назад, ее развитие шло медленно. Одной из причин стало то, что лазерные системы до недавних пор могли работать лишь с ограниченным набором цветов. Другим препятствием была высокая стоимость самого оборудования для лазерной маркировки. Однако производители полимеров и красителей недавно расширили цветовой ассортимент лазерных систем. Производительность лазерной маркировки возросла с появлением новых технологий, например лазерных станков, способных наносить маркировку на две детали одновременно при помощи одного лазерного луча. Благодаря этим тенденциям был возрожден интерес к методу лазерной маркировке.

Применение

Сегодня лазерные технологии гораздо шире применяются в утилитарных областях, чем в декоративных. Специалисты, работающие с пластмассовыми упаковками, считают лазерную маркировку удобным способом нанесения номеров партий, дат и кодов на поверхности тех изделий, с которыми они работают. Производители автомобильного или электронного оборудования используют лазеры для печати на отдельных изделиях истории производства, инвентарных номеров и информации для пользователей.

Рисунок 1: Лазеры часто используются для нанесения номеров деталей.
(Источник: Data Technology Systems)

Рисунок 2: Лазером легко нанести данные на идентификационные метки для животных.
(Источник: Alltec GmbH)

Рисунок 3: Лазерные системы могут работать с различными сочетаниями цветов.
(Источник: Online Inc.)

Рисунок 4: Данная маркировка была сделана на нейлоне 11 лазером на алюмоиттриевом гранате с неодимом (Nd:YAG). (Источник: U.S. Laser Corp.)

Быстро расширяющимся направлением применения лазерной маркировки является печать букв и цифр на клавиатурах компьютеров, мобильных телефонах и калькуляторах. Технология также адаптирована для гравировки информационных изображений на пластмассовых управляющих клавишах автомобильных панелей управления. Изображения можно снабдить задней подсветкой, и они видимы днем и ночью.

Полимеры

Лазерную маркировку (Таблица 1) можно наносить почти на все классы коммерческих пластичных полимеров. Однако для того, чтобы нанести маркировку на некоторые из них, необходимо использовать добавки. Лазеры могут создавать отметки на пластмассах при помощи одного из четырех процессов: изменение цвета, пенообразование, гравировка или гравировка с изменением цвета.

Изменение цвета происходит в результате химических реакций, идущих на поверхности пластмассы и вызванных теплом лазерного луча. Пенообразование происходит в результате физической реструктуризации молекул полимера, что вызывает появление более светлого цвета на обработанных поверхностях. Гравировка состоит из процесса гравирования, которое производится в результате плавления и повторного затвердевания поверхности полимера. Гравировка с изменением цвета производится при помощи сверхвысокой интенсивности лазерного излучения, при котором происходит процесс гравировки и небольшое обугливание пластмассы.

Рисунок 5: Данный рисунок на автомобильной клавише управления был сделан методом лазерной гравировки; рисунок обладает задней подсветкой, чтобы его можно было видеть в ночное время.
(Источник: Sei S.p.A.)

В зависимости от того, какие используются материалы и добавки, отметки могут быть светлыми на темном фоне или темными на светлом фоне. К самым распространенным системам лазерной маркировки относятся белый, черный и различные оттенки серого. Однако, более современные типы маркировочных систем включают в себя темные или светлые оттенки на цветных фонах. Такими отметками могут быть белый, черный или различные оттенки фоновых цветов. Помимо этого, отметки могут иметь различные цвета на белом, черном или сером фоне.

Добавки выполняют несколько функций в лазерной маркировке. Они широко применяются для усиления контраста между обработанной и необработанной зонами путем повышения чувствительности полимеров к воздействию лазерного излучения. Например, полиэтилен и полипропилен слабо поглощают излучение, вырабатываемое стандартным лазерным оборудованием, поэтому к ним примешивают добавки того, чтобы можно было печатать отметки. Другие полимеры, такие как PVC, PET и ABS, хорошо поглощают лазерное излучение, и для того, чтобы на них можно было ставить отметки, специальные добавки не требуются.

Добавки также улучшают свойства поверхностей у тех пластмасс, которые обрабатываются лазерным излучением, а также повышают скорость, при которой на пластмассы можно ставить отметки. Также в наличии имеются красители для полимеров, которые усиливают цветовой контраст после их маркировки.

Самыми распространенными в лазерной маркировке добавками являются покрытая окислом металла слюда, глина, тальк и соли сурьмы, медь и другие металлы. Среди многочисленных поставщиков добавок, красителей и полимеров, выведенных на рынок лазерной маркировки, находятся Clariant, Engelhard, Merck, Ticona, BASF, PolyOne, Bayer, а также RTP Co, американская компания по производству составов. Многие поставщики предлагают индивидуально составленные полимеры, содержащие добавки для лазерной маркировки и другие красители по желанию организации, ведущей обработку.

Оборудование

Самыми типичными лазерами, которые используются для маркировки пластмасс, являются механизмы на основе углекислого газа (CO2) и алюмоиттриевого граната с неодимом. Наибольшее распространение получили лазеры на основе углекислого газа (CO2). Для создания отметки эти механизмы, более дешевые в сравнении с лазерами на алюмоиттриевом гранате с неодимом и работающие на волнах дальнего ИК диапазона в 10,6 микрон, проводят лазерный луч через шаблон для создания рисунка. Другие модели формируют луч в виде точек на манер матричного принтера. Некоторые из последних CO2-моделей создают постоянный лазерный луч, выводящий информацию на пластмассовых деталях наподобие шариковой ручки. CO2-лазеры, которые могут работать на высоких скоростях, создавая до 6,000 отметок в минуту, наиболее эффективны в тех случаях, когда требуется высокая производительность, а нужда в сверхвысокой точности изображений отсутствует. Они подходят для подавляющего большинства типов маркировки, таких как даты, коды и текст. Цены на полностью укомплектованные маркировочные системы на основе CO2-лазера могут быть самыми различными, но в целом они близки к US$30,000.

Рисунок 6: Механизмы на основе СO2-лазера могут применяться в большинстве видов лазерной маркировки.
(Источник: Rofin-Baasel Inc.)

Лазеры на основе алюмоиттриевого граната с неодимом, в сравнении с CO2-лазерами, являются более гибкими моделями, позволяют пользователям легко изменять формы и шрифты. Они работают на ближней ИК области спектра в 1,064 микрона, но они также доступны в зеленом и ультрафиолетовом диапазонах. Лазеры на основе алюмоиттриевого граната с неодимом могут вести более точную маркировку, чем CO2-механизмы. Последние разработки в данной технологии позволяют лазерам на основе алюмоиттриевого граната с неодимом повысить производительность путем маркировки двух деталей одновременно. Эти лазеры используются в тех случаях, когда требуются высококачественные отметки, например на электронных соединителях или хирургическом оборудовании. Стоимость полностью укомплектованных маркировочных систем с лазерами на основе алюмоиттриевого граната с неодимом в среднем вдвое превышает стоимость систем на CO2-лазерах.

Рисунок 7: Nd:YAG лазеры – максимальная гибкость и точность маркировки.
(Источник: Trumpf.)

Системы лазерной маркировки контролируются персональными компьютерами, которые обычно оборудуются программным обеспечением, позволяющим операторам изменять инструкции программирования в процессе работы. Линейная скорость сегодняшних механизмов лазерной маркировки может возрастать до 1000 мм/сек.

Составы

Организации, занимающиеся обработкой пластмасс, должны быть осведомлены о свойствах и ограничениях используемых ими добавок для лазерной маркировки. Некоторые добавки могут вызвать нежелательные изменения цвета или ухудшение физических свойств. Многие добавки лучше всего работают с одним конкретным видом лазера. Например, добавки из филлосиликатов и слюды наиболее эффективны с CO2-лазерами, а добавки из оксида сурьмы лучше всего работают с механизмами на лазерах на основе алюмоиттриевого граната с неодимом (Nd:YAG) (Таблица 2).

Таблица 1

Поскольку большинство пластмасс содержат другие добавки, например пластификаторы, стабилизаторы, огнезащитные составы, разделительные составы для пресс-форм, антистатики и красители, то большое значение также приобретает проверка взаимодействия этих существующих добавок с добавками для лазерной маркировки. Иногда добавление существующих добавок в состав усиливает свойства лазерной маркировки; в других случаях они ослабевают.

Самые лучшие лазерные маркировки характеризуются высокой контрастностью. Специалистам по составлению соединений должны быть известны те сочетания полимеров, добавок и лазерных методов, при помощи которых можно получить самый лучший контраст. В решении этих вопросов помощь могут оказать служащие отделов по обслуживанию клиентов в компаниях, поставляющих полимеры и добавки.

Занимающиеся обработкой организации могут воспользоваться услугами индивидуального изготовления составов, если они желают получить смесь из своих полимеров, поддающихся лазерной маркировке, и других добавок, например стекловолокна, красителей и огнезащитных составов. Также эти организации могут оптимизировать сочетания этих добавок, чтобы получить оптимальный набор свойств. Чаще всего такие услуги оказывают для различных технических сортов полиамида, полипропилена и поликарбоната.

Тем обрабатывающим организациям, которые предпочитают добавлять добавки для лазерной маркировки гранулы своих собственных полимеров, производители дают общую рекомендацию по нанесению добавок на поверхность гранул при помощи адгезивного агента. Таким образом, можно избежать отделения добавок от гранул, которое может произойти с течением времени.

Наконец, перед началом применения любой добавки для лазерной маркировки, следует обязательно ознакомиться с применяемыми к ней нормативными нормами и требованиями безопасности. Особенно важным это становится в тех случаях, когда конечный продукт предназначен для использования в области продуктов питания или лекарств.

www.newchemistry.ru