ما وظيفة جهاز الوسم بالليزر؟

التقنية الكامنة وراء الوسم الدائم

أ آلة تعليم بالليزر تستخدم شعاعًا مركَّزًا من الضوء المضخَّم لإنشاء علامات دائمة على أسطح المواد دون تلامسٍ مادي أو حبر أو أدوات ميكانيكية. وعلى عكس الطباعة النافثة للحبر التي تضع الحبر على السطح، أو الوسم النقطي المُكوَّن بالانبعاث الذي يُشوِّه المادة عن طريق التأثير الميكانيكي، فإن الوسم بالليزر يُعدِّل المادة نفسها — بتغيير لونها عبر الأكسدة، أو إزالة طبقة سطحية رقيقة لكشف الطبقة الأساسية ذات التباين اللوني، أو تغيير نسيج السطح لإحداث تباين مرئي.

تعمل هذه العملية عبر أربعة آليات مختلفة حسب نوع المادة والنتيجة المطلوبة. التلدين — الذي يُطبَّق عادةً على الفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم — يسخّن سطح المعدن محليًّا لإنشاء طبقة أكسيد يتغير لونها باختلاف درجة الحرارة، مما يُنتج علامات سوداء أو بنية أو ملوّنة دون إزالة أي مادة. وتحوّل عملية ترحيل الكربون على البلاستيكيات والمواد العضوية سطح المادة إلى اللون الداكن عبر التسخين المحلي دون الاجتثاث. أما النقش فيزيل ما بين ٠٫٠١ و٠٫١ مم من المادة، مُكوّنًا علامات ذات عمق ملموس. أما الاجتثاث فيزيل الطبقات السطحية مثل طبقات الأكسدة أو الطلاء أو التغليف المعدني لكشف المادة المقابلة ذات اللون المختلف التي تكمن تحتها.

استبدلت شركة مصنّعة لأدوات المطبخ المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ الطباعة بالشاشة بجهاز ليزر ألياف بقدرة ٢٠ واط آلة تعليم بالليزر لتطبيق شعارات العلامات التجارية وتعليمات الرعاية على أدوات الطبخ. تتطلب عملية الطباعة الشاشة صقاعة الحبر، وتلبست الشاشات بعد حوالي 5000 طبعة تتطلب استبدالها بـ 80120 لكل شاشة، وأولدت علامات تتلاشى بعد 200300 دورة غسالة صحون في اختبارات المستهلك. تم تطبيق علامات الليزر بالألياف من خلال التسخين في 1 2 ثانية لكل شعار دون مواد استهلاكية ، مما ينتج علامة تحمل 1000 دورة غسالة صحون دون تدهور. انخفضت تكلفة العلامة لكل وحدة من حوالي 0.04 (شاشة + حبر + استرداد الامتصاص) إلى أقل من 0.001 (الكهرباء فقط).

آليات وضع علامات خاصة بالمادة

علامات الليزر الأليافية على المعادن

ألياف آلة تعليم بالليزر تنبعث هذه الأنظمة عند طول موجي يبلغ 1064 نانومتر — وهو طول موجي في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة، تمتصه المعادن بكفاءة عالية. وعلى الفولاذ المقاوم للصدأ، يمكن لليزر إنتاج علامات سوداء مُسخَّنة (بتسخين السطح إلى درجة حرارة تتراوح بين ٢٠٠ و٣٠٠°م ما يؤدي إلى تكوّن أكسيد الكروم)، أو علامات بيضاء (بتلوين السطح بطريقة تغيّر من تشتت الضوء)، أو نقش عميق (بإزالة طبقة من المادة بسمك يتراوح بين ٠٫٠٥ و٠٫١ مم، مما يجعل العلامات مثل الأرقام التسلسلية مقاومة للطحن).

يختلف وضع العلامات على الألمنيوم قليلًا عن وضعها على الفولاذ. وبما أن نقطة انصهار الألمنيوم أقل (٦٦٠°م مقارنةً بـ١٤٠٠°م للفولاذ)، فإن ذلك يتطلب خفض كثافة القدرة الليزرية لتفادي الانصهار بدلًا من وضع العلامة. أما بالنسبة للألمنيوم المؤكسد، فيتم وضع العلامة عليه عن طريق إزالة طبقة الأكسيد الملونة (التي تحتوي على صبغة) ليظهر سطح الألمنيوم اللامع أسفلها — وهذه العملية تتطلب فقط ١٠–٢٠٪ من القدرة الليزرية اللازمة لوضع العلامة على الألمنيوم غير المؤكسد، لأن الليزر هنا يزيل طبقة رقيقة جدًّا لا يتجاوز سمكها الميكرون بدلًا من تعديل البنية المعدنية نفسها.

الميزة الرئيسية للوسم بالليزر الأليافي على المعادن هي الدوام. فتظل العلامات المُسخّنة حراريًّا على الفولاذ المقاوم للصدأ صامدةً أمام اختبار رش الملح لمدة تزيد عن ١٠٠٠ ساعة، ودورات التعقيم في الأوتوكلاف، والتعرُّض للمواد الكيميائية المستخدمة في المنظفات الصناعية — وهي ظروفٌ تزيل الملصقات المطبوعة والعلامات الحبرية خلال أسابيع أو شهور. وهذه المتانة تجعل من الوسم بالليزر الأليافي المعيار القياسي للاستيفاء من متطلبات التعريف الموحَّد للأجهزة الطبية (UDI)، وتتبع قطع الطائرات والفضاء، وتحديد هوية مكونات السيارات.

الوسم بالليزر فوق البنفسجي على المواد الحساسة

يُوسِع الليزر فوق البنفسجي عند طول موجي يبلغ ٣٥٥ نانومتر نطاق الوسم ليشمل مواد لا يمكن للليزر الأليافي عند طول موجي يبلغ ١٠٦٤ نانومتر وسمها دون إحداث ضرر حراري فيها. فتتم عملية الوسم على البلاستيكيات — مثل أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS)، وبولي كربونات، وبولي بروبيلين، ونايلون — عبر تفاعل كيميائي ضوئي بدلًا من التأثير الحراري. إذ تكسر فوتونات الأشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة الروابط الجزيئية في البوليمر مباشرةً، مما يؤدي إلى تغيُّر في اللون على السطح دون أن تذوب المادة أو تشوه شكلها.

تتيح هذه القدرة على «الوسم البارد» تطبيقاتٍ لا يمكن تحقيقها باستخدام الليزر الأليافي أو ليزر ثاني أكسيد الكربون. فتتلقّى رقائق السيليكون وسومَ هويّة الرقاقة دون أن تتشقّق دقيقًا. وتتلقّى القساطر الطبية رموز المعرفة الفريدة للأجهزة (UDI) دون أي تلف سطحي قد يُكوّن بيئةً مناسبةً لتكاثر البكتيريا. أما زجاجات البولي إيثيلين تيرفثالات الشفافة (PET) فتتلقّى رموز التواريخ التي تظهر فقط تحت إضاءة محددة — وهي ما تُعرف بـ«الوسم المتجمّد» — والذي يحافظ على المظهر الشفاف للزجاجة مع توفير إمكانية التعقّب.

يؤدي وسم الزجاج باستخدام ليزر الأشعة فوق البنفسجية إلى القضاء على التشققات الدقيقة التي يولّدها وسم الزجاج باستخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون. ويتم امتصاص طول موجة 355 نانومتر جزئيًّا بواسطة الزجاج، ما يُنتج وسمًا متجمّدًا أملسًا دون تركيزات إجهادية تؤدي إلى انكسار الزجاج على طول الخطوط الموسومة بليزر ثاني أكسيد الكربون.

الأسئلة الشائعة

ما المواد التي يمكن لماكينة وسم الليزر معالجتها؟

تُستخدم الليزرات الليفية لوضع العلامات على المعادن (مثل الفولاذ، والألومنيوم، والتيتانيوم، والنحاس الأصفر، والنحاس) وبعض البلاستيكيات الداكنة. وتُستخدم ليزرات الأشعة فوق البنفسجية لوضع العلامات على البلاستيك، والزجاج، والخزف، والسيليكون، والطبقات الرقيقة. أما ليزرات ثاني أكسيد الكربون فتُستخدم لوضع العلامات على الخشب، والورق، والجلود، والأكريليك، والزجاج. وتقدّم شركة تيان يو للليزر أنظمة ليزرية ليفية، وأشعة فوق بنفسجية، وثاني أكسيد كربون تغطي كامل طيف المواد.

كم يستغرق وقت وضع العلامة بالليزر لكل قطعة؟

يعتمد وقت وضع العلامة على درجة تعقيد المحتوى وحجمه ونوع المادة. ويستغرق وضع علامة بسيطة مثل شعار أو رقم تسلسلي على معدن عادةً من ١ إلى ٣ ثوانٍ. أما وضع رمز QR مملوء أو رسم تفصيلي على مساحة ٥٠×٥٠ مم فيستغرق من ٥ إلى ١٥ ثانية. وتتراوح سرعة الإنتاج لأنظمة التصنيع الآلي بين ٥٠٠ و٣٠٠٠ قطعة في الساعة.

هل تبقى العلامة الليزرية دائمة أم يمكن إزالتها؟

العلامات المُنقَّية على الفولاذ المقاوم للصدأ وعلامات هجرة الكربون على البلاستيك تكون دائمةً — فهي تغييرات كيميائية في المادة، وليست رواسب سطحية. أما العلامات المنقوشة فتتطلب طحنًا لطبقة سطحية بسمك ٠٫٠٥ مم أو أكثر لإزالتها. أما العلامات الناتجة عن إزالة الطلاء بالليزر (مثل الألومنيوم المؤكسد أو الأسطح المطلية) فتكشف الطبقة الأساسية ولا يمكن «إلغاء» هذه العلامات دون إعادة طلاء السطح.

هل يتطلب التصوير الليزري مواد استهلاكية مثل الحبر أو المذيبات؟

لا. تعمل أجهزة التصوير الليزري الليفية وأجهزة التصوير الليزري فوق البنفسجية دون الحاجة إلى مواد استهلاكية — فلا حاجة للحبر أو المذيبات أو الشريط أو رؤوس الطباعة. ويجب استبدال مصدر الليزر بعد مرور ١٠٬٠٠٠–١٠٠٬٠٠٠ ساعة حسب النوع. أما استهلاك الكهرباء، الذي يتراوح بين ٥٠٠ و٨٠٠ واط، فهو التكلفة المتكررة الوحيدة لكل ساعة تشغيل باستثناء تكلفة العمالة.

هل يمكن لماكينة الوسم بالليزر إنشاء علامات ملونة؟

نعم، من خلال تقنية الليزر الليفي MOPA (مُضخِّم المذبذب الرئيسي). وباستخدام التحكم في مدة النبضة وتكرارها، تُنتج أجهزة الليزر من نوع MOPA طيفًا من الألوان على الفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم — بدءًا من اللون الذهبي ومرورًا باللون الأزرق وانتهاءً بالأسود — وذلك عبر التحكم الدقيق في سماكة طبقة الأكسيد. أما أجهزة الليزر الليفية المقفلة زمنيًّا (Q-switched) القياسية فتُنتِج علامات باللون الأسود أو الأبيض فقط.

ما هي صيغ الملفات التي تقبلها أجهزة الوسم بالليزر؟

تقبل الأنظمة القياسية صيغ الملفات التالية: AI وPLT وDXF وPNG وJPG وBMP عبر برنامج EZCAD أو برامج مماثلة. كما يحتوي البرنامج المدمج على وظيفة إنشاء رموز الشريط والرموز الاستجابة السريعة (QR)، ولا يتطلب ذلك استخدام أي تطبيق خارجي لتصميم هذه الرموز. وتتيح أجهزة الليزر من شركة Tianyu استيراد الملفات من برامج CorelDRAW وAutoCAD وPhotoshop لتحقيق تكامل سلس في سير العمل.