Всё, что вам нужно знать о лазерных маркировочных станках для металла и пластика.

Вы наверняка видели эти четкие, несмываемые маркировки на самых разных предметах, от хирургических инструментов до чехлов для смартфонов. Они не выцветают, не стираются и не изнашиваются. Это лазерная маркировка в действии, и она гораздо доступнее, чем думают большинство производителей.

Правильно подобранный лазерный маркировочный станок может сократить ваши производственные затраты на 60% по сравнению с традиционными методами. Но вот в чем загвоздка: неправильный выбор приведет к тому, что вы потратите десятки тысяч на оборудование, которое не сможет обрабатывать ваши материалы. Мы подробно расскажем обо всем, что вам нужно знать.

Как работает лазерная маркировка на различных материалах

Лазерная маркировка — это процесс выжигания, плавления или химического изменения поверхности материала для создания стойких отметок. Звучит просто. Но это не так.

Различные материалы реагируют на лазерную энергию совершенно по-разному. Металлы поглощают тепло и окисляются , создавая контрастные следы в виде изменения цвета или травления поверхности. Представьте это как контролируемое ржавление на микроскопических скоростях. Пластмассы, с другой стороны, подвергаются процессу, называемому вспениванием или карбонизацией, при котором лазерная энергия разрывает молекулярные связи и изменяет структуру материала.

Настоящее волшебство происходит на уровне длин волн.

Для маркировки металла используется волоконный лазер (обычно с длиной волны 1064 нм), который эффективно поглощается металлами. Лазерный луч нагревает поверхность, вызывая окисление или отжиг, в результате чего на светлых металлах образуются темные пятна, а на темных — светлые. Нержавеющая сталь чернеет. Алюминий остается белым или серым. Глубина маркировки редко превышает 0,001 дюйма, но метка сохраняется навсегда.

Для маркировки пластика требуется иной подход. Лазерные маркировочные машины на основе CO2 (длина волны 10 600 нм) лучше всего подходят для большинства видов пластика, поскольку эта длина волны поглощается органическими материалами. Лазер создает контраст за счет:

● Образование пены — под поверхностью образуются пузырьки газа, создавая более светлые пятна.

● Карбонизация — материал слегка обгорает, образуя более темные пятна.

● Изменение цвета — Некоторые виды пластика меняют цвет без повреждения поверхности.

Здесь важен состав материала. ABS-пластик прекрасно вспенивается, образуя выпуклые белые пятна. Поликарбонат карбонизируется и темнеет. Акрил может вызывать оба эффекта в зависимости от настроек.

В состав некоторых пластмасс входят добавки, специально разработанные для взаимодействия с лазерами. Эти «лазерно-чувствительные» материалы обеспечивают чистое нанесение маркировки при низких мощностях, сокращая время производства до 40%.

Типы лазерных маркировочных машин

В индустрии маркировки доминируют три основных типа лазеров. Каждый из них обладает преимуществами, которые делают его идеальным для конкретных материалов и применений.

В мире маркировки металлов доминируют волоконные лазерные маркировочные станки . Они генерируют луч с длиной волны 1064 нм, проходящий через оптическое волокно, легированное редкоземельными элементами, такими как иттербий. Эти станки маркируют металлы быстрее и глубже, чем любые альтернативные методы. Их можно найти на автомобильных заводах, аэрокосмических предприятиях и предприятиях по производству медицинского оборудования.

Преимущества быстро накапливаются. Волоконно-лазерные маркировочные машины практически не требуют технического обслуживания (не нужно выравнивать зеркала, заправлять газы), потребляют меньше энергии, чем более старые технологии, и наносят метки за миллисекунды. Качество луча остается стабильным на протяжении более 100 000 часов работы.

Лазерные маркировочные машины на основе CO2 специализируются на обработке пластика и органических материалов. Эти машины генерируют излучение с длиной волны 10 600 нм путем возбуждения газа CO2 электрическим разрядом. Более длинная волна легко поглощается пластиком, деревом, кожей, стеклом и резиной.

Системы на основе CO2 превосходно подходят для маркировки упаковки, создания детализированных изображений на акриловых дисплеях и гравировки деревянных изделий. Луч создает чистые, четкие метки без термического напряжения, которое повреждает чувствительные к нагреву пластмассы.

УФ-лазерные маркировочные машины используют совершенно иной подход. Работая на длине волны 355 нм, эти системы «холодной маркировки» разрывают молекулярные связи посредством фотохимических реакций, а не тепла. Это делает их предпочтительным выбором для маркировки:

● Хрупкая электроника и печатные платы

● Медицинский силикон и катетеры

● Фармацевтическая упаковка, не выдерживающая высоких температур

● Стеклянные флаконы и ампулы

LEAD TECH 10-ваттный УФ-лазерный маркировочный станок

LEAD TECH 5W УФ-лазерный маркировочный станок

Применение в различных отраслях обрабатывающей промышленности

Лазерные маркировочные машины используются везде, где важна постоянная идентификация. Однако некоторые отрасли зависят от них больше, чем другие.

Автомобильные производители маркируют всё — от блоков цилиндров до жгутов проводов. VIN-номера, номера деталей, коды партий и данные для отслеживания наносятся методом гравировки на компоненты, которые выдерживают десятилетия воздействия тепла, вибрации и химических веществ. Маркировка должна прослужить дольше, чем сам автомобиль. Традиционные этикетки выходят из строя. Лазерная маркировка — нет.

Компании, производящие медицинские изделия, сталкиваются с еще более строгими требованиями. FDA требует использования уникальной идентификации устройства (UDI) на хирургических инструментах, имплантатах и ​​диагностическом оборудовании. Лазерная маркировка позволяет создавать биосовместимые метки на титановых имплантатах, хирургических инструментах из нержавеющей стали и полимерных катетерах без ущерба для стерильности или безопасности пациента.

В производстве электроники для маркировки печатных плат, микросхем и компонентов смартфонов используются УФ-лазерные системы. Эти метки размером меньше крупинки соли, но остаются читаемыми под увеличением. Коды Data Matrix отслеживают компоненты на этапах сборки, тестирования и сервисного обслуживания.

Аэрокосмическая отрасль доводит лазерную маркировку до крайних пределов. Детали, помеченные сегодня, могут продолжать летать и в 2075 году. Маркировка должна сохраняться:

● Колебания температуры от -60°F до 400°F

● Коррозионно-активные топливо и гидравлические жидкости

● Интенсивная вибрация и перегрузки

● Ультрафиолетовое излучение на высоте

В упаковочных цехах используются лазерные маркировочные машины на основе CO2 для высокоскоростной маркировки дат на бутылках, коробках и гибких пленках. Линии, работающие со скоростью 600 единиц в минуту, маркируются номерами партий и сроками годности, которые не размазываются, не выцветают и не смываются.

Производители потребительских товаров наносят логотипы на продукцию с помощью лазерной маркировки как в целях брендирования, так и в качестве меры защиты от подделок. Благодаря долговечности, подделка практически невозможна.

Лазерная маркировка против других методов маркировки

У производителей есть альтернативы лазерам. Но эти альтернативы сопряжены с компромиссами, которые быстро накапливаются.

Точечная маркировка использует твердосплавный или алмазный стилус, который воздействует на поверхность тысячи раз в секунду, создавая отпечатки путем физического вдавливания. Этот процесс хорошо подходит для толстых металлов, где глубина маркировки важнее эстетики. Станки для точечной маркировки стоят дешевле и обеспечивают более глубокую маркировку, чем лазеры.

Недостатки очевидны. Стилусы изнашиваются каждые несколько месяцев, требуя замены и калибровки. Удары создают шум (часто более 80 децибел), приводят к образованию трещин в тонких материалах и шероховатым следам, недостижимым с лазерной точностью. Невозможно выполнить точечную разметку пластика, не расколов его.

Струйная печать распыляет жидкие или УФ-отверждаемые чернила на поверхности. Быстро. Дешево за маркировку. Идеально подходит для картонных коробок и временных этикеток.

Эти следы легко стираются. Растворители их растворяют. Ультрафиолетовое излучение их обесцвечивает. Любое применение, требующее стойкости, сразу же исключает струйную печать.

Химическое травление создает следы путем воздействия кислотных или щелочных растворов на замаскированные поверхности. Этот процесс позволяет получить гладкие, глубокие следы на металлах, но требует:

● Обращение с опасными химическими веществами и их утилизация

● Многоэтапный процесс (маскирование, травление, очистка)

● Более длительное время цикла (минуты против секунд)

● Квалифицированные операторы, разбирающиеся в химии.

Экологические нормы делают химическое травление все более дорогостоящим и юридически сложным процессом.

Механическая гравировка выполняет резку материалов вращающимися инструментами. Следы сохраняются навсегда и выглядят четкими. Однако гравировальным станкам требуется регулярная замена фрез, они с трудом наносят маркировку на изогнутые поверхности и с трудом справляются с материалами, более твердыми, чем сам режущий инструмент.

Технические характеристики, которые действительно имеют значение

Все внимание уделяется номинальным показателям мощности. Этого не должно быть.

Мощность лазера (измеряемая в ваттах) влияет на скорость нанесения маркировки, а не на её качество. 20-ваттный волоконный лазер наносит маркировку медленнее, чем 50-ваттная модель, но оба создают идентичные метки на одном и том же материале. Разница проявляется в производительности, а не в стойкости.

Качество луча имеет гораздо большее значение, чем думает большинство покупателей. Значение M² (произносится как «М-квадрат») измеряет, насколько точно лазер фокусируется. Меньшие числа означают более резкую фокусировку и более высокую детализацию. Значение M², равное 1,0, соответствует идеальному гауссовому лучу. Значение ниже 1,5 обеспечивает превосходное разрешение маркировки.

Низкое качество луча приводит к размытым краям и непостоянной глубине резкости.

Скорость маркировки измеряется в символах в секунду или миллиметрах в секунду, в зависимости от области применения. Волоконно-лазерные маркировочные машины обычно работают со скоростью 7000-10000 мм/секунду. Системы на основе CO2 работают медленнее — 2000-5000 мм/секунду. УФ-лазерные маркировочные машины работают сравнительно медленно — 500-2000 мм/секунду.

Но чистая скорость ничего не значит без контекста. Система, маркирующая 200 деталей в минуту, звучит впечатляюще, пока вы не поймете, что вашей производственной линии требуется 400 деталей.

Рабочая область определяет максимальный размер объекта, который можно отметить без изменения его положения. Распространенные размеры:

● Малый формат: 100 мм x 100 мм (4" x 4")

● Средний формат: 200 мм x 200 мм (8" x 8")

● Большой формат: 300 мм x 300 мм (12" x 12")

Большие рабочие зоны стоят дороже и часто приводят к снижению точности фокусировки по краям. Лучше подобрать рабочую зону, соответствующую реальным размерам деталей, вместо того, чтобы покупать избыточные мощности.

Глубина фокусировки определяет, насколько велики вертикальные отклонения, которые допускает лазер, сохраняя при этом качество маркировки. Небольшая глубина (1-2 мм) требует плоских поверхностей. Большая глубина фокусировки (10 мм и более) позволяет работать с изогнутыми или неровными деталями без регулировки фокуса.

Принятие правильного решения по маркировке

Лазерные маркировочные машины обеспечивают постоянную идентификацию, которая сохраняется даже при использовании традиционных методов. Технология работает. Маркировка долговечна. Затраты на техническое обслуживание практически сводятся к нулю.

Ваш выбор зависит от материалов. Волоконно-лазерный маркировочный станок для металлов . Системы CO2 для пластмасс и органических материалов. УФ-лазерные маркировочные станки, когда повреждение от высокой температуры недопустимо.

Сопоставьте технические характеристики с вашими реальными производственными потребностями, а не с теоретическими максимумами. Волоконный лазер мощностью 30 Вт, обрабатывающий 150 деталей в час, превосходит систему мощностью 50 Вт, простаивающую половину времени. Рабочая зона имеет значение только в том случае, если детали действительно её заполняют. Глубина фокусировки становится критически важной при маркировке криволинейных поверхностей или многослойных компонентов.

Разница в первоначальной стоимости между типами лазеров сокращается, если рассчитать общую стоимость владения за пять лет. Волоконные лазеры исключают необходимость в расходных материалах. Системы на CO2 требуют заправки газом и замены зеркал. УФ-лазеры требуют периодической замены диодного насоса.

Начните с тестирования ваших реальных деталей. Большинство поставщиков лазерной маркировки проводят пробные маркировки перед принятием окончательного решения. Вы увидите, как именно реагируют ваши материалы, какие настройки работают лучше всего и соответствует ли система вашим требованиям к скорости.

Готовы увидеть лазерную маркировку в действии? Ознакомьтесь с реальными примерами применения и возможностями системы на сайте [ссылка].   На сайте LeadTech вы найдете решения ваших проблем с маркировкой, которые уже работают для производителей, сталкивающихся с аналогичными требованиями.