Маркиратор по пластику

В данной статье мы рассмотрим сложные случаи маркировки пластиковых материалов, которые не абсорбируют обычный лазерный луч, например, распространенных волоконных иттербиевых лазеров - EVC и EV4G. Для достижения контраста на пластиковых материалах, которые трудно поддаются лазерной маркировке, многие поставщики лазеров предлагают обратиться к добавкам и пигментам. Наиболее часто используемые в лазерной маркировки добавки – это слюды, покрытые слоем оксидов металлов, глина, тальк, соли антимонита, медь, армамиды, полиамиды и другие материалы. Однако пользователи должны понимать свойства и ограничения специальных добавок для их работы. Некоторые химические примеси могут привести к нежелательному изменению цвета или изменению физических свойств изделий. Такие исследования особенно важны, не только если конечный продукт будет использоваться в пищевой индустрии или медицине, но также и в особо важных случаях применения (аэрокосмос, военные применения), где сохранение изначальных свойств изделия имеет большое значение. Также следует отметить, что объем примеси может достигать 1% и более, а ввиду дороговизны добавок возможно значительное увеличение себестоимости изделия.

Возможность высококонтрастной лазерной маркировки пластиков БЕЗ примесей, добавок и пигментов в материал позволит избежать нежелательных изменений состава материала.

Твердотельные лазерные маркировщики Telesis серии EV на ванадатовом кристалле с неодимом Nd:YVO₄ позволяют достичь контраст на пластике, который не может быть промаркирован Волоконными Лазерами, за счет высокого качества луча М²=1,2, моды TEM₀₀ и короткой длины импульса (около 20 нс).

КАЧЕСТВО ЛУЧА

Идеальное значение качества луча M² равно 1. Это идеальное недостижимое значение. Реальные значения M² всегда выше 1,00. Чем ближе к 1,00, тем выше качество. От величины M² зависит размер пятна лазерного луча

• Качественные ванадатовые лазеры YVO₄ и лазеры YAG имеют значение M2 менее 1,3
• Качественный волоконный  имеет M² около 1,7

Аналогия М²: острый и тупой гвоздь. При равном усилии острый гвоздь войдет глубже. Малое значение М² - острый гвоздь, а большое - тупой.

Чем меньше пятно, тем более эффективно используется мощность лазера для маркировки. Лазер меньшей мощности и меньшим значением M² может маркировать лучше, чем более мощный лазер с высоким значением M². Пример: лазер на кристалле Nd:YVO₄ EV15 (15Вт) сможет маркировать также или лучше, чем оптоволоконный лазер на 20Вт, потому что значение M² лазера EV15 меньше. 

Чем меньше значение качества луча M2, тем меньше пятно лазера (выше разрешение маркировки и выше мощность лазера) и больше глубина фокуса лазера (маркировка по кривизне)

Длина импульса

Ванадатовые лазеры серии EV имеют очень короткие импульсы. Типичная длина импульса <20нс при 10 кГц. У волоконных лазеров длина импульса намного больше: обычно >100нс при 10 кГц. Длина импульса волоконных лазеров намеренно увеличена, чтобы не допустить слишком высокой пиковой мощности, которая может повредить иттербиевое волокно, в котором формируется инфракрасный лазерный маркировочный луч.

При длинных импульсах большая часть полезной энергии не достигает уровня мощности, необходимого для маркировки (порога маркировки), и приводит только к ненужному нагреву периферийной зоны. При коротком импульсе большая часть энергии импульса находится выше порога маркировки, то есть больше энергии затрачивается на маркировку и меньше на нагрев зоны вокруг маркировки, как проиллюстрировано на рисунке ниже.

Сравнение распределения лазерной энергии при коротком и длинном импульсе излучения.

Длина импульса влияет на результат маркировки. Чем длиннее импульс, тем дольше лазер нагревает материал за один импульс. Это влияет на вид маркировки: чем дольше луч воздействует на материал за импульс, тем больше Зона Термального Воздействия Heat Affected  Zone (HAZ). Под термином HAZ понимается нежелательное внешнее повреждение зоны вокруг линии прохождения луча при маркировке. В случае с маркировкой пластика это приводит к оплавлению материала и не позволяет достичь желаемый контраст поверхности. 

Чем меньше длина импульса лазера, тем выше пиковая мощность (быстрее маркировка) и меньше Зона Термального Воздействия (не повреждается зона маркировки)

На фото ниже сравнение маркировки волоконным лазером МиниМаркер производства "Лазерный центр" (мощностью 20 Вт) и ванадатовым лазером Telesis EVС (8 Вт) на образцах АО «РАДИЙ» г. Касли Челябинская обл. Получив значительное улучшение маркировки, по сравнению с существующим волоконным лазером, предприятие закупило модель EVC для маркировки изделий из пластика. 

Длина Волны

Не все пластиковые и другие материалы могут быть промаркированы инфракрасными лазерами высококачественной и высококонтрастной надписью без оплавления, пригорания и повреждения поверхности (силикон, полиуретан, полиэтилен и другие). Маркировка может быть некачественной и неоднородной. Также в некоторых случаях инфракрасный лазерный луч 1.060нм или 10.600нм совершенно не абсорбируется материалом и не оставляет никакого следа. В такой ситуации компания Telesis может предложить лазерный маркировочный станок с излучением в зеленом спектре 532нм или ультрафиолетовом 355нм.

Зелёный лазер или ультрафиолетовый маркирующий лазер стоит применять, когда ИК лазеры (CO₂, ванадатовые, йаговские YAG или оптоволоконные файбер fiber) не могут нанести требуемую маркировку. Когда ИК лазеры не достигают результат, то зелёный или ультрафиолетовый маркировщик может стать приемлемым решением. Окончательное решение оптимального лазера зависит от требования клиента к качеству маркировки. Во многих случаях желаемое высокое качество можно получить только на зелёном лазере или ультрафиолетовом. Благодаря короткой длине волны (532нм или 355нм) луч лазера может быть сфокусирован в пятно меньшего размера. Теоретически при одинаковом диаметре лучей ИК и зелёного лазеров зелёный луч может быть сфокусирован в пятно в два раза меньше инфракрасного пятна. В результате получается тоньше линия маркировки, что даёт высокое разрешение изображений.

На фото ниже сравнение маркировки обычным волоконным лазером и зеленым лазером Telesis

ВИДЕО маркировки конденсаторов

На данном фото показано, что обычный пластик не восприимчив к инфракрасному лазеру длиной волны 1064 нм, но хорошо маркируется зеленым лазером длиной волны 532 нм

ВИДЕО маркировки канистр

Отличие маркировки черного полипропилена твердотельным лазером EVC (1,064нм) и газовым лазером CO2 (10,600 нм) 

Глубина фокуса

Благодаря высокому качеству луча M² и моде TEM₀₀ твердотельные ванадатовые Nd:YVO₄ и иаговские Nd:YAG лазерные маркировщики Telesis имеют большую глубину фокуса, позволяющую наносить маркировку с большим перепадом по высоте маркируемой поверхности.

ВИДЕО - перепад фокуса 16 мм