เครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ทำหน้าที่อะไร

เทคโนโลยีที่อยู่เบื้องหลังการสร้างเครื่องหมายแบบถาวร

เอ เครื่องมาร์คเลเซอร์ ใช้ลำแสงเลเซอร์ที่ถูกโฟกัสและขยายความเข้มเพื่อสร้างเครื่องหมายแบบถาวรบนพื้นผิวของวัสดุโดยไม่ต้องสัมผัสทางกายภาพ ไม่ใช้หมึก และไม่ต้องใช้เครื่องมือกล ซึ่งแตกต่างจากการพิมพ์แบบอิงค์เจ็ตที่ฉีดหมึกลงบนพื้นผิว หรือการตอกจุด (dot-peen marking) ที่ทำให้วัสดุเกิดการเปลี่ยนรูปจากแรงกระแทก การทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์จะปรับเปลี่ยนตัววัสดุเอง — ทั้งการเปลี่ยนสีผ่านปฏิกิริยาออกซิเดชัน การขจัดชั้นผิวบางๆ ออกเพื่อเปิดเผยชั้นวัสดุที่มีสีต่างออกไป หรือการเปลี่ยนโครงสร้างพื้นผิวเพื่อสร้างความต่างของสีที่มองเห็นได้

กระบวนการนี้ทำงานผ่านกลไกที่แตกต่างกันสี่แบบ ขึ้นอยู่กับวัสดุและผลลัพธ์ที่ต้องการ การอบอ่อน (Annealing) — ซึ่งมักใช้กับเหล็กกล้าไร้สนิมและไทเทเนียม — เป็นการให้ความร้อนบริเวณผิวโลหะเฉพาะจุด เพื่อสร้างชั้นออกไซด์ที่มีสีเปลี่ยนไปตามอุณหภูมิ ทำให้เกิดรอยเครื่องหมายสีดำ สีน้ำตาล หรือสีอื่นๆ โดยไม่ต้องขจัดวัสดุออก การทำเครื่องหมายด้วยการเคลื่อนย้ายคาร์บอน (Carbon migration marking) บนพลาสติกและวัสดุอินทรีย์ จะทำให้ผิวดำลงผ่านการให้ความร้อนเฉพาะจุดโดยไม่เกิดการกัดกร่อน (ablation) การแกะสลัก (Engraving) จะขจัดวัสดุออกในปริมาณ 0.01–0.1 มม. ทำให้เกิดรอยเครื่องหมายที่มองเห็นความลึกได้ การกัดกร่อน (Ablation) จะขจัดชั้นเคลือบผิว เช่น ชั้นแอนโนไดซ์ สีทา หรือชั้นชุบ จนเปิดเผยวัสดุที่อยู่ด้านล่างซึ่งมีสีต่างออกไป

ผู้ผลิตภาชนะสำหรับครัวที่ทำจากเหล็กกล้าไร้สนิมรายหนึ่ง ได้เปลี่ยนจากการพิมพ์แบบสกรีนมาใช้เลเซอร์ไฟเบอร์กำลัง 20 วัตต์ เครื่องมาร์คเลเซอร์ สำหรับการพิมพ์โลโก้แบรนด์และคำแนะนำการดูแลลงบนภาชนะทำอาหาร กระบวนการพิมพ์แบบสกรีนต้องใช้หมึกที่ผ่านการอบแห้ง (curing) ทำให้แผ่นสกรีนสึกหรอหลังพิมพ์ได้ประมาณ 5,000 ชิ้น จึงจำเป็นต้องเปลี่ยนแผ่นสกรีนใหม่ทุกๆ 80–120 แผ่น และเครื่องหมายที่ได้มีแนวโน้มจางหายหลังผ่านการล้างในเครื่องล้างจาน 200–300 รอบ ตามผลการทดสอบกับผู้บริโภค ส่วนเลเซอร์ไฟเบอร์นั้นสร้างเครื่องหมายโดยวิธีการแอนนีลลิ่ง (annealing) ใช้เวลาเพียง 1–2 วินาทีต่อโลโก้ โดยไม่ต้องใช้วัสดุสิ้นเปลือง และเครื่องหมายที่ได้สามารถทนต่อการล้างในเครื่องล้างจานได้มากกว่า 1,000 รอบโดยไม่เสื่อมสภาพ ต้นทุนการประทับเครื่องหมายต่อหน่วยลดลงจากประมาณ 0.04 ดอลลาร์สหรัฐ (รวมต้นทุนแผ่นสกรีน หมึก และการสูญเสียจากชิ้นงานที่ถูกปฏิเสธ) เป็นน้อยกว่า 0.001 ดอลลาร์สหรัฐ (เฉพาะค่าไฟฟ้า)

กลไกการประทับเครื่องหมายเฉพาะวัสดุ

การพิมพ์ด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์บนโลหะ

เส้นใย เครื่องมาร์คเลเซอร์ ระบบเหล่านี้ปล่อยแสงที่ความยาวคลื่น 1064 นาโนเมตร ซึ่งเป็นความยาวคลื่นในช่วงอินฟราเรดใกล้ที่โลหะสามารถดูดซับได้อย่างมีประสิทธิภาพ สำหรับสแตนเลส สัญญาณเลเซอร์สามารถสร้างเครื่องหมายสีดำแบบแอนเนล (การให้ความร้อนผิวหน้าจนถึงอุณหภูมิ 200–300°C เพื่อเกิดโครเมียมออกไซด์) เครื่องหมายสีขาว (การขึ้นรูปพื้นผิวเพื่อเปลี่ยนลักษณะการกระเจิงของแสง) หรือการแกะสลักอย่างลึก (การขจัดวัสดุออก 0.05–0.1 มิลลิเมตร เพื่อสร้างตัวเลขลำดับที่ทนต่อการขัดถู)

การลงเครื่องหมายบนอลูมิเนียมใช้พารามิเตอร์ที่แตกต่างจากเหล็กเล็กน้อย จุดหลอมเหลวที่ต่ำกว่า (660°C เมื่อเทียบกับ 1,400°C) จำเป็นต้องลดความเข้มของพลังงานลง เพื่อป้องกันไม่ให้วัสดุละลายแทนที่จะเกิดการลงเครื่องหมาย สำหรับอลูมิเนียมที่ผ่านกระบวนการอะโนไดซ์ จะลงเครื่องหมายโดยการกำจัดชั้นออกไซด์ที่มีสีจากสารย้อมออก เพื่อเผยให้เห็นพื้นผิวอลูมิเนียมที่มีความเงาอยู่ด้านล่าง — กระบวนการนี้ต้องใช้พลังงานเพียง 10–20% ของพลังงานที่จำเป็นสำหรับการลงเครื่องหมายบนอลูมิเนียมบริสุทธิ์ เนื่องจากเลเซอร์ทำหน้าที่กำจัดชั้นเคลือบที่บางเพียงไม่กี่ไมครอน แทนที่จะปรับเปลี่ยนโครงสร้างของโลหะโดยตรง

ข้อได้เปรียบหลักของการทำเครื่องหมายด้วยไฟเบอร์บนโลหะคือความถาวร รอยทำเครื่องหมายที่ผ่านกระบวนการแอนนีลบนสแตนเลสสามารถทนต่อการทดสอบการพ่นสารเกลือได้นานกว่า 1,000 ชั่วโมง ทนต่อรอบการฆ่าเชื้อด้วยเครื่องอัตโนคลีฟ และทนต่อการสัมผัสกับสารเคมีที่ใช้ในการทำความสะอาดในอุตสาหกรรม ซึ่งเงื่อนไขเหล่านี้จะทำให้ฉลากที่พิมพ์และรอยทำเครื่องหมายด้วยหมึกหลุดหายไปภายในเวลาเพียงไม่กี่สัปดาห์หรือไม่กี่เดือน ความทนทานนี้ทำให้การใช้เลเซอร์ไฟเบอร์ในการทำเครื่องหมายกลายเป็นมาตรฐานสำหรับการปฏิบัติตามข้อกำหนด UDI ของอุปกรณ์ทางการแพทย์ การติดตามแหล่งที่มาของชิ้นส่วนในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ และการระบุตัวตนของชิ้นส่วนยานยนต์

การทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ยูวีบนวัสดุที่ไวต่อความร้อน

เลเซอร์ยูวีที่ความยาวคลื่น 355 นาโนเมตรสามารถทำเครื่องหมายวัสดุที่เลเซอร์ไฟเบอร์ที่ความยาวคลื่น 1064 นาโนเมตรอาจทำลายด้วยความร้อน พลาสติก เช่น ABS โพลีคาร์บอเนต โพลีโพรพิลีน และไนลอน จะถูกทำเครื่องหมายผ่านปฏิกิริยาโฟโตเคมี แทนที่จะเป็นผลจากความร้อน โฟตอนยูวีที่มีพลังงานสูงจะทำลายพันธะโมเลกุลของพอลิเมอร์โดยตรง ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนสีที่ผิววัสดุโดยไม่ทำให้วัสดุฐานละลายหรือเสียรูป

ความสามารถในการทำเครื่องหมายแบบ "เย็น" นี้เปิดโอกาสให้เกิดการใช้งานที่เป็นไปไม่ได้ด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์หรือเลเซอร์ CO₂ ชิปซิลิคอนสามารถรับการลงรหัสประจำเวฟเฟอร์โดยไม่เกิดรอยแตกร้าวจุลภาค สายสวนทางการแพทย์สามารถรับรหัส UDI โดยไม่เกิดความเสียหายต่อพื้นผิวซึ่งอาจเป็นแหล่งสะสมเชื้อแบคทีเรีย ขวดพลาสติก PET ที่ใสสามารถรับรหัสวันที่ที่มองเห็นได้เฉพาะภายใต้แสงที่กำหนดเท่านั้น ซึ่งเรียกว่า "การทำเครื่องหมายแบบฝ้า" ซึ่งรักษาลักษณะความใสของขวดไว้พร้อมกับให้ระบบติดตามย้อนกลับได้

การลงเครื่องหมายบนกระจกด้วยเลเซอร์ UV ช่วยขจัดปัญหารอยแตกร้าวจุลภาคที่เกิดขึ้นจากการลงเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ CO₂ บนพื้นผิวกระจก ความยาวคลื่น 355 นาโนเมตร ถูกดูดซับบางส่วนโดยกระจก ทำให้เกิดรอยเครื่องหมายแบบฝ้าที่เรียบเนียนโดยไม่ก่อให้เกิดแรงเครียดสะสมที่อาจทำให้กระจกหักตามแนวที่ถูกทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ CO₂

คำถามที่พบบ่อย

เครื่องลงเครื่องหมายด้วยเลเซอร์สามารถประมวลผลวัสดุชนิดใดได้บ้าง

เลเซอร์ไฟเบอร์ใช้สำหรับการแกะรอยวัสดุโลหะ (เหล็ก อลูมิเนียม ไทเทเนียม ทองเหลือง และทองแดง) และพลาสติกสีเข้มบางชนิด เลเซอร์ยูวีใช้สำหรับการแกะรอยพลาสติก แก้ว เซรามิก ซิลิคอน และฟิล์มบาง เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ใช้สำหรับการแกะรอยไม้ กระดาษ หนัง อะคริลิก และแก้ว บริษัทเทียนหยู่เลเซอร์นำเสนอระบบเลเซอร์ไฟเบอร์ เลเซอร์ยูวี และเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ ครอบคลุมวัสดุทุกประเภท

การแกะรอยด้วยเลเซอร์แต่ละชิ้นใช้เวลานานเท่าใด

ระยะเวลาในการแกะรอยขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของเนื้อหา ขนาด และวัสดุ ตัวอย่างเช่น การแกะรอยโลโก้หรือหมายเลขซีเรียลบนโลหะโดยทั่วไปใช้เวลา 1–3 วินาที ส่วนการแกะรอยคิวอาร์โค้ดแบบเต็มพื้นที่หรือภาพกราฟิกที่มีรายละเอียดสูงบนพื้นที่ขนาด 50×50 มม. จะใช้เวลา 5–15 วินาที ปริมาณการผลิตของระบบที่ทำงานอัตโนมัติอยู่ที่ 500–3,000 ชิ้นต่อชั่วโมง

การแกะรอยด้วยเลเซอร์ถาวรหรือสามารถลบออกได้หรือไม่

รอยที่เกิดจากการอบอ่อนบนสแตนเลสสตีล และรอยที่เกิดจากการแพร่กระจายของคาร์บอนบนพลาสติกเป็นรอยถาวร — เกิดจากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของวัสดุ ไม่ใช่การตกค้างบนผิวหน้าเท่านั้น รอยที่แกะสลักด้วยเลเซอร์จำเป็นต้องขัดผิววัสดุออกอย่างน้อย 0.05 มม. จึงจะลบออกได้ ส่วนรอยที่เกิดจากการกัดผิวด้วยเลเซอร์ (เช่น บนอะลูมิเนียมที่ชุบออกไซด์หรือพื้นผิวที่เคลือบสี) จะเผยให้เห็นวัสดุพื้นฐานด้านล่าง ซึ่งไม่สามารถ “ลบเครื่องหมาย” ออกได้โดยไม่ต้องเคลือบผิวใหม่

การตอกย้ำด้วยเลเซอร์ต้องใช้วัสดุสิ้นเปลือง เช่น หมึกหรือตัวทำละลายหรือไม่

ไม่จำเป็น เครื่องตอกย้ำด้วยเลเซอร์แบบไฟเบอร์และเลเซอร์ยูวีสามารถทำงานได้โดยไม่ต้องใช้วัสดุสิ้นเปลืองใดๆ ทั้งสิ้น ไม่ว่าจะเป็นหมึก ตัวทำละลาย เทปพิมพ์ หรือหัวพิมพ์ แหล่งกำเนิดเลเซอร์จำเป็นต้องเปลี่ยนเมื่อใช้งานไปแล้ว 10,000–100,000 ชั่วโมง ขึ้นอยู่กับชนิดของเลเซอร์ ส่วนค่าใช้จ่ายคงที่เพียงอย่างเดียวที่เกิดขึ้นต่อชั่วโมงในการใช้งาน (นอกเหนือจากค่าแรงงาน) คือค่าไฟฟ้า ซึ่งอยู่ที่ 500–800 วัตต์

เครื่องตอกย้ำด้วยเลเซอร์สามารถสร้างรอยที่มีสีได้หรือไม่

ใช่ ผ่านเทคโนโลยีเลเซอร์ไฟเบอร์แบบ MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) โดยการควบคุมความยาวของพัลส์และความถี่ พัลส์เลเซอร์ MOPA สามารถสร้างสเปกตรัมของสีบนเหล็กกล้าไร้สนิมและไทเทเนียม ตั้งแต่สีทอง ไปจนถึงสีน้ำเงินและสีดำ ด้วยการควบคุมความหนาของชั้นออกไซด์อย่างแม่นยำ ในขณะที่เลเซอร์ไฟเบอร์แบบ Q-switched มาตรฐานสามารถสร้างเครื่องหมายได้เฉพาะสีดำหรือสีขาวเท่านั้น

เครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์รองรับรูปแบบไฟล์ใดบ้าง

ระบบทั่วไปรองรับรูปแบบไฟล์ AI, PLT, DXF, PNG, JPG และ BMP ผ่านซอฟต์แวร์ EZCAD หรือซอฟต์แวร์ที่คล้ายคลึงกัน ฟังก์ชันการสร้างบาร์โค้ดและคิวอาร์โค้ดมีให้ในตัวซอฟต์แวร์ — ไม่จำเป็นต้องใช้แอปพลิเคชันออกแบบภายนอก สำหรับเครื่องเลเซอร์ของบริษัท Tianyu Laser รองรับการนำเข้าไฟล์จาก CorelDRAW, AutoCAD และ Photoshop เพื่อการผสานรวมเวิร์กโฟลว์อย่างราบรื่น