EN
Technologia stojąca za trwałym znakowaniem
A maszyna do znakowania laserowego wykorzystuje skupioną wiązkę wzmacnianego światła do tworzenia trwałych znaków na powierzchni materiałów bez kontaktu fizycznego, atramentu ani narzędzi mechanicznych. W przeciwieństwie do drukowania atramentowego, które nanosi atrament na powierzchnię, lub znakowania metodą kropkowania (dot-peen), które deformuje materiał poprzez uderzenie, znakowanie laserowe modyfikuje sam materiał — zmienia jego kolor poprzez utlenienie, usuwa cienką warstwę powierzchniową, by odsłonić kontrastujący podkład, lub zmienia teksturę powierzchni, aby uzyskać widoczny kontrast.
Proces ten działa za pośrednictwem czterech różnych mechanizmów, w zależności od materiału i pożądanego efektu. Wypalanie — stosowane najczęściej w przypadku stali nierdzewnej i tytanu — polega na lokalnym nagrzewaniu powierzchni metalu w celu utworzenia warstwy tlenków, której kolor zależy od temperatury, co pozwala uzyskać oznaczenia czarne, brązowe lub kolorowe bez usuwania materiału. Oznaczanie poprzez migrację węgla na plastikach i materiałach organicznych ciemni powierzchnię przez lokalne nagrzewanie bez ablacji. Grawerowanie usuwa 0,01–0,1 mm materiału, tworząc znaki widoczne pod kątem głębokości. Ablacja usuwa powłoki powierzchniowe — warstwy anodowe, farby, powłoki galwaniczne — ujawniając kontrastujący materiał znajdujący się pod nimi.
Producent wyrobów kuchennych ze stali nierdzewnej zastąpił druk sitowy laserem włókienkowym o mocy 20 W maszyna do znakowania laserowego do nanoszenia logo marki i instrukcji konserwacji na naczyniach kuchennych. Proces druku sitowego wymagał utwardzania farby, zużywał sita po około 5000 odcisków, co wymagało ich wymiany co 80–120 sztuk, a naniesione oznaczenia w badaniach konsumenckich zanikały po 200–300 cyklach mycia w zmywarce. Laser włókienkowy nanosił oznaczenia metodą wyżarzania w ciągu 1–2 sekundy na każde logo, bez zużycia materiałów eksploatacyjnych, tworząc oznaczenia odpornościowe na ponad 1000 cykli mycia w zmywarce bez degradacji. Koszt oznaczenia na jednostkę produktu spadł z około 0,04 USD (koszt sita, farby i amortyzacji odrzutów) do mniej niż 0,001 USD (tylko koszt energii elektrycznej).
Mechanizmy oznaczania specyficzne dla danego materiału
Oznaczanie metali za pomocą lasera fibrowego
Włókno maszyna do znakowania laserowego systemy emitują na długości fali 1064 nm — czyli w zakresie bliskiej podczerwieni, którą metale wydajnie pochłaniają. Na stali nierdzewnej laser może tworzyć czarne znaki utlenione (nagrzanie powierzchni do temperatury 200–300 °C, w wyniku czego powstaje tlenek chromu), białe znaki (teksturę powierzchniową zmieniającą sposób rozpraszania światła) lub głębokie grawerowanie (usunięcie materiału na głębokość 0,05–0,1 mm, stosowane np. do nanoszenia numerów seryjnych odpornych na szlifowanie).
Oznaczanie aluminium wymaga nieco innych parametrów niż oznaczanie stali. Niższa temperatura topnienia (660 °C w porównaniu do 1400 °C) wymaga zmniejszenia gęstości mocy laserowej, aby zapobiec stopieniu się materiału zamiast jego oznaczeniu. Aluminium anodowane oznacza się poprzez ablację barwionej warstwy tlenkowej, dzięki czemu ujawnia się jasne aluminium znajdujące się pod nią — proces ten wymaga jedynie 10–20 % mocy potrzebnej do oznaczania aluminium nieanodowanego, ponieważ laser usuwa jedynie mikronowo cienką warstwę powłoki, a nie modyfikuje samego metalu.
Główną zaletą znakowania włóknowego na metalach jest trwałość. Znaki wygrzewane na stali nierdzewnej wytrzymują testy w komorze solnej przez ponad 1000 godzin, cykle sterylizacji w autoklawie oraz narażenie na działanie środków chemicznych stosowanych w przemyśle czyszczącym — warunki te powodują usunięcie nadrukowanych etykiet i oznaczeń atramentowych już po kilku tygodniach lub miesiącach. Ta odporność sprawia, że znakowanie laserem włókniowym stało się standardem w zakresie zgodności urządzeń medycznych z wymogami UDI, śledzenia części lotniczych oraz identyfikacji komponentów samochodowych.
Znakowanie laserem UV na materiałach wrażliwych
Lasery UV o długości fali 355 nm pozwalają na znakowanie materiałów, które mogłyby ulec uszkodzeniu pod wpływem ciepła przy użyciu laserów włókniowych o długości fali 1064 nm. Plastiki — takie jak ABS, poliwęglan, polipropylen czy nylon — są znakowane poprzez reakcję fotochemiczną, a nie efekt termiczny. Wysokoenergetyczne fotony UV bezpośrednio rozrywają wiązania molekularne polimerów, powodując zmianę barwy na powierzchni bez topienia ani odkształcania podłoża.
Ta funkcja „zimnego znakowania” umożliwia zastosowania niemożliwe do realizacji przy użyciu laserów włóknowych lub CO₂. Płytki krzemowe otrzymują oznaczenia identyfikacyjne bez powstawania mikropęknięć. Kaniule medyczne otrzymują kody UDI bez uszkodzeń powierzchni, które mogłyby stanowić siedlisko bakterii. Przezroczyste butelki z PET otrzymują daty ważności widoczne wyłącznie przy określonym oświetleniu — tzw. „znakowanie matowe” — które zachowuje przezroczystość opakowania, zapewniając jednocześnie śledzalność.
Znakowanie szkła za pomocą laserów UV eliminuje mikropęknięcia powstające przy znakowaniu szkła laserami CO₂. Długość fali 355 nm jest częściowo pochłaniana przez szkło, tworząc gładkie, matowe znakowanie bez koncentracji naprężeń, które powodują pękanie szkła wzdłuż linii wykonanych laserem CO₂.
Często zadawane pytania
Jakie materiały może przetwarzać maszyna do znakowania laserowego?
Lasery włókienkowe oznaczają metale (stal, aluminium, tytan, mosiądz, miedź) oraz niektóre ciemne tworzywa sztuczne. Lasery UV oznaczają tworzywa sztuczne, szkło, ceramikę, krzem oraz cienkie warstwy. Lasery CO₂ oznaczają drewno, papier, skórę, akryl i szkło. Tianyu Laser oferuje systemy włókienkowe, UV i CO₂ obejmujące pełny zakres materiałów.
Jak długo trwa oznaczanie laserem jednej części?
Czas oznaczania zależy od złożoności treści, jej rozmiaru oraz rodzaju materiału. Prosta logo lub numer seryjny na metalu zwykle zajmuje 1–3 sekundy. Wypełniony kod QR lub szczegółowy graficzny wzór na powierzchni 50×50 mm zajmuje 5–15 sekund. Wydajność produkcyjna systemów zautomatyzowanych mieści się w zakresie od 500 do 3000 części na godzinę.
Czy oznaczanie laserem jest trwałe, czy można je usunąć?
Znaki wyżarzane na stali nierdzewnej oraz znaki migracji węgla na plastiku są trwałe — to zmiany chemiczne materiału, a nie osady powierzchniowe. Znaki grawerowane wymagają szlifowania 0,05 mm+ materiału powierzchniowego w celu usunięcia. Znaki ablacyjne na powłoce (na anodowanym aluminium, powierzchniach malowanych) odsłaniają podłoże i nie można ich "odznakować" bez ponownego naniesienia powłoki.
Czy znakowanie laserowe wymaga materiałów eksploatacyjnych, takich jak atrament lub rozpuszczalniki?
Nie. Markery laserowe włóknowe i UV działają bez materiałów eksploatacyjnych — bez atramentu, rozpuszczalnika, taśm ani głowic drukujących. Źródło laserowe wymaga wymiany po 10 000–100 000 godzinach, w zależności od typu. Zużycie energii elektrycznej w zakresie 500–800 W jest jedynym powtarzalnym kosztem na godzinę pracy oprócz kosztu pracy.
Czy maszyna do znakowania laserowego może tworzyć kolorowe znaki?
Tak, za pomocą technologii laserów włóknowych MOPA (Master Oscillator Power Amplifier). Poprzez kontrolę czasu trwania i częstotliwości impulsów lasery MOPA generują paletę kolorów na stali nierdzewnej i tytanie — od złota przez niebieski po czarny — poprzez precyzyjne sterowanie grubością warstwy tlenków. Standardowe lasery włóknowe typu Q-switched pozwalają uzyskać jedynie oznaczenia w kolorze czarnym lub białym.
Jakie formaty plików akceptują maszyny do znakowania laserowego?
Standardowe systemy akceptują formaty AI, PLT, DXF, PNG, JPG oraz BMP za pośrednictwem oprogramowania EZCAD lub podobnego. Generowanie kodów kreskowych i kodów QR jest wbudowane w oprogramowanie — nie wymaga to stosowania zewnętrznego programu do projektowania. Maszyny do znakowania laserowego firmy Tianyu obsługują import plików z programów CorelDRAW, AutoCAD oraz Photoshop, zapewniając bezproblemową integrację w istniejącym przepływie pracy.