كل ما تحتاج لمعرفته حول آلات الوسم بالليزر للمعادن والبلاستيك

ربما لاحظتم تلك العلامات الدائمة والواضحة على كل شيء، من الأدوات الجراحية إلى أغطية الهواتف الذكية. فهي لا تتلاشى، ولا تُخدش، ولا تتآكل. هذا هو تأثير تقنية الوسم بالليزر، وهي أسهل استخداماً بكثير مما يعتقد معظم المصنّعين.

يمكن لآلة الوسم بالليزر المناسبة أن تخفض تكاليف الإنتاج بنسبة 60% مقارنةً بالطرق التقليدية. ولكن إليك المشكلة: إذا اخترت الآلة الخاطئة، فستهدر عشرات الآلاف على معدات لا تستطيع التعامل مع موادك. سنشرح لك كل ما تحتاج معرفته.

كيف تعمل تقنية الوسم بالليزر على المواد المختلفة

تعتمد تقنية الوسم بالليزر على حرق أو صهر أو تغيير كيميائي لسطح المادة لإنشاء علامات دائمة. تبدو العملية بسيطة، لكنها ليست كذلك.

تتفاعل المواد المختلفة مع طاقة الليزر بطرق متباينة للغاية. تمتص المعادن الحرارة وتتأكسد ، مما يُنتج علامات متباينة من خلال تغيرات اللون أو نقش السطح. تخيل الأمر كصدأ مُتحكم به بسرعات مجهرية. أما البلاستيك، فيعمل من خلال عملية تُسمى الرغوة أو الكربنة، حيث تُكسر طاقة الليزر الروابط الجزيئية وتُغير بنية المادة.

يحدث السحر الحقيقي على مستوى الطول الموجي.

تستخدم عملية الوسم على المعادن آلة وسم بالليزر الليفي (بطول موجي 1064 نانومتر عادةً) التي تمتصها المعادن بكفاءة عالية. يسخن شعاع الليزر السطح، مما يؤدي إلى الأكسدة أو التلدين، مُحدثًا علامات داكنة على المعادن الفاتحة أو علامات فاتحة على المعادن الداكنة. يتحول الفولاذ المقاوم للصدأ إلى اللون الأسود، بينما يبقى الألومنيوم أبيض أو رماديًا. نادرًا ما يتجاوز عمق الوسم 0.001 بوصة، لكن العلامة تدوم للأبد.

يتطلب تعليم البلاستيك أسلوبًا مختلفًا. تُعدّ آلة تعليم البلاستيك باستخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون (بطول موجي 10600 نانومتر) الأنسب لمعظم أنواع البلاستيك، لأن هذا الطول الموجي تمتصه المواد العضوية. ويُحدث الليزر تباينًا من خلال:

● الرغوة - تتشكل فقاعات غازية تحت السطح، مما يؤدي إلى ظهور علامات أفتح.

● التفحيم - تحترق المادة قليلاً، مما ينتج عنه علامات أغمق.

● تغير اللون - بعض أنواع البلاستيك يتغير لونها دون تلف السطح

هنا تبرز أهمية تركيبة المادة. يتشكل رغوة ABS بشكل رائع، تاركًا علامات بيضاء بارزة. أما البولي كربونات فيتفحم، ليصبح لونه داكنًا. ويمكن للأكريليك أن يفعل كلا الأمرين حسب ظروف الاستخدام.

تحتوي بعض أنواع البلاستيك على إضافات مصممة خصيصاً للتفاعل مع الليزر. هذه المواد "الحساسة لليزر" تُنتج علامات واضحة عند استخدام إعدادات طاقة منخفضة، مما يقلل وقت الإنتاج بنسبة تصل إلى 40%.

أنواع آلات الوسم بالليزر

تهيمن ثلاثة أنواع رئيسية من الليزر على صناعة الوسم. ولكل منها نقاط قوة تجعلها مثالية لمواد وتطبيقات محددة.

تُهيمن آلات الوسم بالليزر الليفي على عالم وسم المعادن. فهي تُولّد شعاعًا بطول موجي 1064 نانومتر عبر ألياف بصرية مُطعّمة بعناصر أرضية نادرة مثل الإيتربيوم. وتتميز هذه الآلات بقدرتها على وسم المعادن بسرعة وعمق يفوق أي بديل آخر. ستجدها في مصانع السيارات، ومرافق صناعة الطيران، وشركات تصنيع الأجهزة الطبية.

تتراكم المزايا بسرعة. لا تحتاج آلات الوسم بالليزر الليفي إلى صيانة تُذكر (لا مرايا للمحاذاة، ولا غازات لإعادة التعبئة)، وتستهلك طاقة أقل من التقنيات القديمة، وتُنتج علامات في أجزاء من الثانية. وتبقى جودة شعاعها ثابتة لأكثر من 100,000 ساعة تشغيل.

تُستخدم آلات الوسم بالليزر ثاني أكسيد الكربون في مجال المواد البلاستيكية والعضوية. تُنتج هذه الآلات موجة بطول 10600 نانومتر عن طريق إثارة غاز ثاني أكسيد الكربون بتفريغ كهربائي. يمتص البلاستيك والخشب والجلد والزجاج والمطاط هذه الموجة الطويلة بسهولة.

تتفوق أنظمة ثاني أكسيد الكربون في وضع العلامات على العبوات، وإنشاء رسومات تفصيلية على شاشات العرض الأكريليكية، ونقش المنتجات الخشبية. ويُنتج شعاعها علامات واضحة ودقيقة دون الإجهاد الحراري الذي يُتلف المواد البلاستيكية الحساسة للحرارة.

تتخذ آلات الوسم بالليزر فوق البنفسجي مسارًا مختلفًا تمامًا. تعمل هذه الأنظمة، التي تُعرف باسم "الوسم البارد"، بطول موجي 355 نانومتر، حيث تكسر الروابط الجزيئية من خلال تفاعلات كيميائية ضوئية بدلًا من الحرارة. وهذا ما يجعلها الخيار الأمثل للوسم.

● الأجهزة الإلكترونية الحساسة ولوحات الدوائر

● سيليكون طبي وقسطرات

● عبوات الأدوية التي لا تتحمل الحرارة

● قوارير وأمبولات زجاجية

LEAD TECH آلة تعليم بالليزر فوق البنفسجي بقوة 10 واط

LEAD TECH آلة تعليم بالليزر فوق البنفسجي بقدرة 5 واط

تطبيقات في مختلف الصناعات التحويلية

تنتشر آلات الوسم بالليزر في كل مكان تُعدّ فيه الهوية الدائمة أمراً بالغ الأهمية. لكن بعض الصناعات تعتمد عليها أكثر من غيرها.

تُعلّم شركات تصنيع السيارات كل شيء بدءًا من كتلة المحرك وصولًا إلى أسلاك التوصيل. تُحفر أرقام تعريف المركبة (VIN) وأرقام القطع ورموز الدفعات وبيانات التتبع على المكونات لتصمد لعقود من الزمن أمام الحرارة والاهتزازات والتعرض للمواد الكيميائية. يجب أن تدوم هذه العلامات أطول من عمر السيارة نفسها. الملصقات التقليدية تتلف، بينما علامات الليزر لا تتلف.

تواجه شركات الأجهزة الطبية متطلبات أكثر صرامة. إذ تُلزم إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA ) بوضع تعريف فريد للأجهزة (UDI) على الأدوات الجراحية، والغرسات، ومعدات التشخيص. وتُتيح تقنية الوسم بالليزر إنشاء علامات متوافقة حيوياً على غرسات التيتانيوم، والأدوات الجراحية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، والقسطرات البوليمرية، دون المساس بالتعقيم أو سلامة المريض.

تعتمد صناعة الإلكترونيات على أنظمة الليزر فوق البنفسجي لوضع علامات على لوحات الدوائر الإلكترونية، والرقائق الإلكترونية، ومكونات الهواتف الذكية. هذه العلامات أصغر من حبة ملح، لكنها تظل قابلة للقراءة تحت التكبير. وتُستخدم رموز مصفوفة البيانات لتتبع المكونات خلال مراحل التجميع والاختبار والصيانة الميدانية.

يدفع قطاع الطيران والفضاء تقنية الوسم بالليزر إلى أقصى حدودها. قد تظل الأجزاء التي تحمل علامات اليوم قيد الاستخدام في عام 2075. يجب أن تبقى هذه العلامات خالدة.

● تتراوح درجات الحرارة من -60 درجة فهرنهايت إلى 400 درجة فهرنهايت

● الوقود والسوائل الهيدروليكية المسببة للتآكل

● اهتزازات شديدة وقوى تسارع

● الأشعة فوق البنفسجية على ارتفاعات عالية

تستخدم عمليات التعبئة والتغليف آلات الوسم بالليزر ثاني أكسيد الكربون لترميز تاريخ الصلاحية بسرعة عالية على الزجاجات والعلب والأغلفة المرنة. وتُوسَم خطوط الإنتاج التي تعمل بمعدل 600 وحدة في الدقيقة بأرقام الدُفعات وتواريخ انتهاء الصلاحية بطريقة لا تتلطخ أو تتلاشى أو تُزال بالغسل.

تستخدم العلامات التجارية للسلع الاستهلاكية تقنية النقش بالليزر لشعاراتها على المنتجات كوسيلة لتعزيز علامتها التجارية ومكافحة التزييف. ويجعل ثبات هذه التقنية تزوير المنتجات شبه مستحيل.

الوسم بالليزر مقابل طرق الوسم الأخرى

لدى المصنّعين خيارات أخرى غير الليزر. لكن البدائل تأتي مع تنازلات تتراكم بسرعة.

تستخدم تقنية النقش بالنقاط قلمًا من الكربيد أو الماس يصطدم بالسطح آلاف المرات في الثانية، مُحدثًا علامات من خلال الضغط الفيزيائي. تُعدّ هذه العملية فعّالة على المعادن السميكة حيث يكون العمق أهم من المظهر. تتميز آلات النقش بالنقاط بتكلفة أولية أقل وعمق نقش أكبر من الليزر.

عيوبها وخيمة. تتلف الأقلام كل بضعة أشهر، مما يستدعي استبدالها وإعادة معايرتها. يُحدث الارتطام ضوضاء (غالباً ما تتجاوز 80 ديسيبل)، ويُسبب تشققات في المواد الرقيقة، وعلامات خشنة لا تُضاهي دقة الليزر. لا يُمكنك نقش البلاستيك دون تشققه.

تستخدم الطباعة النافثة للحبر تقنية رش الحبر السائل أو الحبر المعالج بالأشعة فوق البنفسجية على الأسطح. سريعة. رخيصة لكل علامة. مثالية لصناديق الكرتون والملصقات المؤقتة.

تزول العلامات بسهولة. تذيبها المذيبات. يبهتها ضوء الأشعة فوق البنفسجية. أي تطبيق يتطلب ثباتًا يستبعد الطباعة النافثة للحبر فورًا.

تُنتج عملية الحفر الكيميائي علاماتٍ عن طريق تعريض الأسطح المغطاة بمحاليل حمضية أو قلوية. وتُنتج هذه العملية علاماتٍ ناعمة وعميقة على المعادن، ولكنها تتطلب ما يلي:

● التعامل مع المواد الكيميائية الخطرة والتخلص منها

● خطوات معالجة متعددة (التغطية، الحفر، التنظيف)

● أوقات دورة أطول (دقائق مقابل ثوانٍ)

● مشغلون مهرة يفهمون الكيمياء

تؤدي اللوائح البيئية إلى زيادة تكلفة عملية الحفر الكيميائي وتعقيدها من الناحية القانونية.

تعتمد تقنية النقش الميكانيكي على قطع المواد باستخدام أدوات دوارة. تدوم العلامات إلى الأبد وتبدو حادة. لكن آلات النقش تحتاج إلى تغيير رؤوس القطع بانتظام، ولا تستطيع نقش الأسطح المنحنية بسهولة، وتواجه صعوبة أكبر في التعامل مع المواد مقارنةً بأداة القطع نفسها.

المواصفات الفنية التي تهم فعلاً

تحظى تصنيفات الطاقة بكل الاهتمام. لا ينبغي لها ذلك.

تؤثر قدرة الليزر (المقاسة بالواط) على سرعة الوسم، لا على جودته. فالليزر الليفي بقدرة 20 واط يوسم أبطأ من نظيره بقدرة 50 واط، لكن كلاهما يُنتج علامات متطابقة على نفس المادة. ويظهر الفرق في الإنتاجية، لا في ثبات العلامة.

تُعدّ جودة الشعاع أكثر أهمية مما يدركه معظم المشترين. تقيس قيمة M² (تُنطق "إم تربيع") مدى دقة تركيز الليزر. تشير الأرقام المنخفضة إلى تركيز أكثر وضوحًا وتفاصيل أدق. تمثل قيمة M² تساوي 1.0 شعاعًا غاوسيًا مثاليًا. أما أي قيمة أقل من 1.5 فتُوفر دقة ممتازة في وضع العلامات.

تؤدي جودة الشعاع الضعيفة إلى حواف ضبابية وأعماق غير متناسقة.

تُقاس سرعة الوسم بالأحرف في الثانية أو بالمليمترات في الثانية، حسب التطبيق. عادةً ما تعمل آلات الوسم بالليزر الليفي بسرعة تتراوح بين 7000 و10000 مليمتر في الثانية. أما أنظمة ثاني أكسيد الكربون فتعمل بسرعة أبطأ تتراوح بين 2000 و5000 مليمتر في الثانية. بينما تعمل آلات الوسم بالليزر فوق البنفسجي بسرعة أقل نسبياً تتراوح بين 500 و2000 مليمتر في الثانية.

لكن السرعة المطلقة لا تعني شيئاً بدون سياق. قد يبدو نظامٌ يُنتج 200 قطعة في الدقيقة مثيراً للإعجاب، إلى أن تدرك أن خط إنتاجك يحتاج إلى 400 قطعة.

تحدد منطقة العمل أقصى حجم للكائن الذي يمكنك تحديده دون تغيير موضعه. تشمل الأحجام الشائعة ما يلي:

● حجم صغير: 100 مم × 100 مم (4 بوصات × 4 بوصات)

● الحجم المتوسط: 200 مم × 200 مم (8 بوصة × 8 بوصة)

● حجم كبير: 300 مم × 300 مم (12 بوصة × 12 بوصة)

تُكلّف مساحات العمل الأكبر تكلفةً أعلى، وغالبًا ما تُضحّي بدقة التركيز عند الحواف. لذا، اختر المساحة المناسبة لأحجام القطع الفعلية لديك بدلاً من شراء مساحة زائدة.

يُحدد عمق البؤرة مدى التباين الرأسي الذي يتحمله الليزر مع الحفاظ على جودة العلامة. تتطلب الأعماق الضحلة (1-2 مم) أسطحًا مستوية. أما نطاقات البؤرة العميقة (10 مم فأكثر) فتتعامل مع الأجزاء المنحنية أو غير المنتظمة دون الحاجة إلى تعديلات في البؤرة.

اتخاذ القرار الصحيح بشأن العلامات

توفر آلات الوسم بالليزر تعريفًا دائمًا يدوم ما لا تستطيع الطرق التقليدية تحقيقه. هذه التقنية فعّالة، والعلامات تدوم طويلًا، وتكاليف الصيانة تكاد تكون معدومة.

يعتمد اختيارك على المواد. آلة الوسم بالليزر الليفي للمعادن . أنظمة ثاني أكسيد الكربون للبلاستيك والمواد العضوية. آلات الوسم بالليزر فوق البنفسجي عندما يكون التلف الناتج عن الحرارة غير مرغوب فيه.

طابق المواصفات مع احتياجات الإنتاج الفعلية، وليس مع الحدود القصوى النظرية. يُعدّ ليزر الألياف بقدرة 30 واط الذي يقوم بنقش 150 قطعة في الساعة أفضل من نظام بقدرة 50 واط يبقى خاملاً لنصف الوقت. لا تُهم مساحة العمل إلا إذا كانت القطع تملأها فعلياً. يصبح عمق التركيز بالغ الأهمية عند نقش الأسطح المنحنية أو المكونات المكدسة.

يتقلص الفارق في التكلفة الأولية بين أنواع الليزر عند حساب إجمالي تكلفة الملكية على مدى خمس سنوات. تُغني ليزرات الألياف عن المواد الاستهلاكية. بينما تحتاج أنظمة ثاني أكسيد الكربون إلى إعادة تعبئة الغاز واستبدال المرايا. أما ليزرات الأشعة فوق البنفسجية فتتطلب تغيير مضخات الصمام الثنائي بشكل دوري.

ابدأ باختبار القطع الفعلية. يقوم معظم موردي تقنية الوسم بالليزر بإجراء اختبارات تجريبية قبل الشراء. ستتمكن من معرفة كيفية استجابة المواد، والإعدادات الأنسب، وما إذا كان النظام يلبي متطلبات السرعة لديك.

هل أنت مستعد لمشاهدة تقنية الوسم بالليزر عمليًا؟ اطلع على التطبيقات العملية وإمكانيات النظام على   موقع LeadTech الإلكتروني . ستجد حلولاً لتحديات التسويق التي تواجهها، وهي حلول فعّالة بالفعل للمصنعين الذين يواجهون نفس المتطلبات.