EN
Trwałość znaków wykonanych metodą światła
A maszyna do znakowania laserowego tworzy znaki trwające tak długo, jak sam materiał — znak nie jest nanoszony na powierzchnię, lecz staje się jej częścią. Mechanizm ten polega albo na zmianie chemicznej materiału (np. odpuszczanie metali, migracja węgla w tworzywach sztucznych), albo na fizycznym usunięciu warstwy powierzchniowej materiału (grawerowanie, ablacja). Żadna z tych metod nie ulega degradacji pod wpływem światła, wilgoci, rozpuszczalników ani ścierania mechanicznego, w przeciwieństwie do oznaczeń drukowanych, naklejanych lub chemicznie trawionych.
Oświadczenie dotyczące trwałości wymaga doprecyzowania w zależności od typu i materiału oznaczenia. Oznaczenie wygrzewane na stali nierdzewnej 304 — utworzone przez lokalne nagrzanie powierzchni do temperatury 200–300 °C, w wyniku czego powstaje warstwa tlenku chromu o grubości 0,5–2 mikrona — wytrzymuje ponad 1000 godzin testu neutralnego rozpylania solnego według normy ASTM B117, ponad 1000 cykli sterylizacji w autoklawie w temperaturze 134 °C oraz ekspozycję na środki dezynfekcyjne stosowane w szpitalach, w tym na hipochloran sodu i przyspieszony nadtlenek wodoru. To samo oznaczenie wygrzewane na stali nierdzewnej 316 w środowisku morskim z ciągłym oddziaływaniem wody morskiej może stopniowo blaknąć po upływie 5–10 lat, ponieważ środowisko bogate w chlorki powoli degraduje cienką warstwę tlenkową.
Dostawca części samochodowych produkujący tabliczki identyfikacyjne silników przeszedł z anodowanych aluminiowych tabliczek z tekstem naniesionym metodą sitodruku na bezpośrednie znakowanie za pomocą lasera włóknowego na obudowie aluminiowej. Stosowanie tabliczek wiązało się z rocznymi roszczeniami gwarancyjnymi w zakresie 3–5%, ponieważ klej utracił przyczepność przy temperaturach pod maską dochodzących do 150°C, a drgania powodowały odspajanie się tabliczek. Znakowanie bezpośrednie wyeliminowało konieczność stosowania tabliczek — oznaczenie naniesione bezpośrednio na obudowie wytrzymało te same warunki. Po 18 miesiącach produkcji z zastosowaniem nowej metody liczba roszczeń gwarancyjnych związanych z brakiem identyfikacji spadła do zera.
Trwałość w zależności od materiału i metody
Laser włóknowy na metalach
Hierarchia trwałości dla lasera włóknowego maszyna do znakowania laserowego oznaczenia na metalach, od najbardziej do najmniej trwałe: głębokie grawerowanie (usunięcie warstwy o grubości 0,05–0,1 mm, wytrzymuje zużycie powierzchniowe aż do całkowitego zużycia podłoża metalicznego) > oznaczanie przez odpuszczanie (powierzchniowa warstwa tlenków, wytrzymuje wszystkie warunki środowiskowe z wyjątkiem agresywnego działania środków chemicznych) > ablacja powierzchniowa (usunięcie powłoki w celu odsłonięcia podłoża, trwałość ograniczona odpornością korozyną materiału podstawowego).
Głębokie grawerowanie stanowi standard złoty — oznaczenie to fizyczna wgłębiona rysa, której nie można usunąć za pomocą czyszczenia ścierne, piaskowania ani ponownej obróbki powierzchniowej bez jednoczesnego usunięcia otaczającej warstwy materiału na taką samą głębokość. Elementy lotnicze i kosmiczne, broń palna oraz narzędzia przemysłowe są oznaczane metodą głębokiego grawerowania w celu zapewnienia identyfikacji trwającej przez cały okres eksploatacji danego elementu.
Oznaczenie w stanie odżarzonym na instrumentach medycznych zapewnia wystarczającą trwałość tam, gdzie głębokie grawerowanie mogłoby stworzyć szczeliny gromadzące bakterie. Gładka, tlenkowa marka spełnia wymagania FDA i unijne normy higieniczne oraz zapewnia odporność chemiczną, jakiej nie potrafi osiągnąć etykietowanie drukowane nawet po wielokrotnym sterylizowaniu.
Laser UV do oznaczania tworzyw sztucznych i szkła
Oznaczenia laserem UV na tworzywach sztucznych uzyskują swoją trwałość za pomocą innego mechanizmu niż oznaczenia na metalach. Fotony o długości fali 355 nm rozrywają wiązania międzycząsteczkowe polimerów w reakcji fotochemicznej — zasadniczo zmieniając strukturę chemiczną tworzywa sztucznego na jego powierzchni, a nie dodając ani usuwając materiału. Powstała marka ma postać zmiany barwy w górnej warstwie materiału o grubości 10–50 mikrometrów, co czyni ją odporną na ścieranie powierzchniowe, które usunęłoby drukowaną farbę znajdującą się w tej samej głębokości.
Rurki z silikonu przeznaczone do zastosowań medycznych, oznakowane za pomocą lasera UV w celu identyfikacji opaskami, nie wykazały żadnego zużycia po 500 cyklach sterylizacji w autoklawie w temperaturze 134 °C — warunkach, które powodują usunięcie oznaczeń naniesionych metodą tamponowania już po 20–30 cyklach. Trwałość oznaczenia wynikała z chemicznej modyfikacji silikonu, a nie z nałożonego pokrycia.
Oznaczanie szkła za pomocą lasera UV powoduje powstanie mikromatowej tekstury powierzchni, która rozprasza światło inaczej niż otaczająca ją gładka powierzchnia szkła. Tekstura ta składa się z mikroskopijnych pęknięć o głębokości 5–20 mikrometrów, będących integralną częścią powierzchni szkła. Narażenie na działanie czynników chemicznych nie powoduje jej usunięcia — nie ma tu żadnego pokrycia, które mogłoby ulec rozpuszczeniu.
Przyspieszone testy trwałości
Normy narażenia na czynniki środowiskowe
Znormalizowane testy potwierdzają trwałość oznaczeń. Test oparowy w roztworze soli według normy ASTM B117 polega na narażaniu próbek z oznaczeniami na ciągłą mgłę zawierającą 5% NaCl w temperaturze 35°C. Norma ISO 9227 określa podobną metodę testu neutralnym roztworem soli. Oznaczenia, które wytrzymują 96 godzin, charakteryzują się dobrą trwałością; oznaczenia wytrzymujące ponad 500 godzin cechują się doskonałą trwałością w zastosowaniach morskich i offshore.
Normy medyczne ISO 13485 wymagają, aby oznaczenia UDI pozostawały czytelne przez cały okres użytkowania urządzenia, w tym we wszystkich cyklach przetwarzania (reprocesowania). Spowodowało to przejście branży na bezpośrednie znakowanie laserem, ponieważ etykietowe oznaczenia UDI systematycznie nie wytrzymywały wielokrotnych cykli sterylizacji, podczas gdy oznaczenia laserowe przechodziły te testy bez problemu.
Typowe tryby uszkodzeń
Zużycie mechaniczne – tarcie części podczas obsługi, transportu lub eksploatacji – najpierw usuwa oznaczenia powierzchniowe. Głęboko wygrawerowane oznaczenia odporność na zużycie mechaniczne proporcjonalnie do głębokości grawerunku. Oznaczenie o głębokości 0,01 mm wytrzymuje łagodne obchodzenie się z częścią; oznaczenie o głębokości 0,05 mm wytrzymuje umiarkowane zużycie; oznaczenie o głębokości 0,1 mm wytrzymuje intensywne zużycie.
Atak chemiczny powoduje degradację oznaczeń poprzez różne mechanizmy. Roztwory zawierające chlorki (woda morska, wybielacz, środki czyszczące przemysłowe) niszczą warstwę tlenku chromu na oznaczeniach z hartowanej stali nierdzewnej. Roztwory kwasowe rozpuszczają warstwy tlenkowe na powierzchni niezależnie od ich pochodzenia. Testy odporności chemicznej muszą odpowiadać środowisku eksploatacji, w jakim będą stosowane dane oznaczenia.
Często zadawane pytania
Jak długo trwa oznaczenie laserowe na stali nierdzewnej?
Oznaczenia na hartowanej stali nierdzewnej wytrzymują ponad 1000 godzin testu mgły solnej, ponad 1000 cykli autoklawowania oraz dziesięciolecia użytkowania w pomieszczeniach zamkniętych. Narażenie na otwartym powietrzu w środowisku morskim może powodować stopniowe blaknięcie w ciągu 5–10 lat. Głęboko grawerowane oznaczenia pozostają nietknięte przez cały okres użytkowania komponentu, niezależnie od środowiska eksploatacji. Tianyu Laser udziela wskazówek dotyczących trwałości dostosowanych do konkretnych zastosowań.
Czy oznaczenie laserowe blaknie pod wpływem światła słonecznego?
Oznaczenia metalu poddanego odpuszczaniu nie wyblakają pod wpływem promieniowania UV, ponieważ warstwa tlenku nie jest światłoczuła. Oznaczenia na tworzywach sztucznych wykonane laserem UV mogą ulec lekkiej zmianie barwy po latach bezpośredniego działania słońca, jednak zmiana ta zwykle polega na przyciemnieniu, a nie wyblaknięciu. W zastosowaniach zewnętrznych dla tworzyw sztucznych materiały stabilizowane UV w połączeniu z oznaczaniem laserem UV zapewniają trwałość przez wiele lat.
Czy oznaczenia laserowe wytrzymają proces natryskiwania proszkiem lub malowania?
Głęboko wygrawerowane oznaczenia (≥ 0,05 mm) pozostają czytelne po malowaniu, ponieważ wgłębienie zachowuje geometrię oznaczenia. Oznaczenia odpuszczone oraz powierzchniowe są zakrywane farbą i stają się nieczytelne po naniesieniu powłoki. Dla części wymagających malowania po oznaczeniu jedyną metodą oznaczania, która wytrzymuje proces nanoszenia powłoki, jest głęboka grawerka.
Jak długość trwania oznaczeń laserowych porównuje się z długością trwania oznaczeń metodą kropkową?
Markowanie metodą kropkową tworzy głębsze znaki (0,1–0,3 mm) niż grawerowanie laserem (0,05–0,1 mm) i może wytrzymać bardziej intensywne zużycie. Jednak metoda kropkowa powoduje skupienie naprężeń w każdym punkcie uderzenia, co ogranicza jej zastosowanie w przypadku cienkich materiałów oraz elementów krytycznych pod względem zmęczeniowym. Grawerowanie laserem tworzy znaki obojętne pod względem naprężeń, odpowiednie dla zastosowań lotniczych i medycznych, gdzie stosowanie metody kropkowej jest zabronione.
Jaki rodzaj znakowania laserowego jest najbardziej trwały?
Głębokie grawerowanie laserem na głębokości 0,08–0,1 mm zapewnia maksymalną trwałość — znak stanowi fizyczne wgłębienie, które przetrwa każdą obróbkę, z wyjątkiem szlifowania powierzchni do takiej samej głębokości. Migracja węgla na ciemnych tworzywach sztucznych to najtrwalsza metoda znakowania tworzyw sztucznych. Tianyu Laser oferuje markery włóknikowe z funkcją grawerowania o mocy od 20 W do 100 W.
Czy znakowanie laserem wpływa na integralność strukturalną oznaczonego elementu?
Oznaczanie laserowe przy standardowych parametrach (2050W, głębokość grawerowania 0,010,05 mm) nie wpływa na integralność konstrukcyjną materiałów grubości większej niż 0,5 mm. Cienkie folie i folie (poniżej 0,2 mm) mogą być osłabione przez głębokie grawerowanie. Właściwy wybór parametrów moc, prędkość, częstotliwość równoważy trwałość z zachowaniem materiału.