फाइबर लेज़र से नायलॉन पर लेज़र मार्किंग कैसे करें

फाइबर लेज़र से नायलॉन (पॉलीएमाइड) प्लास्टिक की लेज़र मार्किंग और लेज़र एनग्रेविंग कैसे करें

सारांश

फाइबर लेज़र के उपयोगकर्ताओं को नायलॉन की मार्किंग या एनग्रेविंग में कठिनाई होती है। उच्च गुणवत्ता वाला मार्किंग कंट्रास्ट प्राप्त करने की कुंजी यह है कि मोल्डिंग प्रक्रिया के दौरान नायलॉन सामग्री में लेज़र-वर्धक एडिटिव्स शामिल किए जाएँ — चाहे कलर कॉन्संट्रेट का उपयोग हो या पहले से कंपाउंड की गई सामग्री का। नायलॉन पर लेज़र मार्किंग के लाभों ने कई उद्योगों को बदल दिया है, जिनमें आग्नेयास्त्र उद्योग भी शामिल है, जहाँ यह विशिष्ट पार्ट पहचान, डेटा मैट्रिक्स व QR कोड और कस्टमाइज़ेशन को संभव बनाती है।

मुख्य बिंदु

• अनमॉडिफाइड नायलॉन पर मार्किंग खराब आती है। पॉलीएमाइड 1060–1070 nm पर बहुत कम ऊर्जा अवशोषित करता है, इसलिए कंट्रास्ट लेज़र एडिटिव्स पर निर्भर करता है।
• सर्वोत्तम कंट्रास्ट संयोजन हैं: काले पर अपारदर्शी सफ़ेद, सफ़ेद पर गहरा काला, और मध्यम नीले पर अपारदर्शी सफ़ेद।
• MOPA यटरबियम फाइबर लेज़र इस काम के लिए सही उपकरण हैं; लगभग 90 ns से कम पल्स चौड़ाई प्लास्टिक के लिए उपयुक्त रहती है।
• लोडिंग वज़न के हिसाब से 0.01–3.0% रहती है, और हर पार्ट में एकसमान परिक्षेपण ही कंट्रास्ट को दोहराने योग्य बनाता है।
• ग्लास-भरित नायलॉन और भी कठिन है — फाइबर-बहुल सतहों पर मार्किंग खराब आती है, इसलिए रेज़िन-बहुल सतहें आवश्यक हैं।

नायलॉन प्लास्टिक के अनुप्रयोग व्यापक हैं, जिनमें आग्नेयास्त्र, ऑटोमोटिव, इलेक्ट्रिकल व इलेक्ट्रॉनिक्स, औद्योगिक उत्पाद, उपभोग्य वस्तुएँ तथा तेल व गैस शामिल हैं। हालाँकि, नायलॉन (पॉलीएमाइड) के भिन्न-भिन्न भौतिक, रासायनिक और सतह गुण — विशेषकर ग्लास-भरित नायलॉन में — लेज़र मार्किंग व लेज़र एनग्रेविंग को चुनौतीपूर्ण बना देते हैं। सर्वाधिक प्रचलित कंट्रास्ट रंग हैं: काले पर अपारदर्शी सफ़ेद, सफ़ेद पर गहरा काला, और मध्यम नीले पर अपारदर्शी सफ़ेद। जब लेज़र एडिटिव्स को उपयुक्त पिगमेंट और डाई के साथ मिलाया जाता है, तो वे कम लागत पर बेहतर मार्किंग की गुणवत्ता देते हैं। लेज़र एडिटिव्स कई प्रकार के प्लास्टिक में उपयोग किए जाते हैं, जिनमें ABS, एसीटल (POM), PET, PVC, पॉलीकार्बोनेट, पॉलीप्रोपिलीन और पॉलीएथिलीन शामिल हैं।

नायलॉन पॉलीएमाइड

पॉलीएमाइड, जिन्हें नायलॉन भी कहा जाता है, थर्मोप्लास्टिक का एक प्रमुख वर्ग हैं और उच्च-प्रदर्शन अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं। इनमें एमाइड बंध होते हैं, विशेष रूप से –CO-NH–। नायलॉन का संश्लेषण पॉलीकंडेनसेशन प्रक्रिया द्वारा होता है, जिसमें एक डाइएमीन एक डाइएसिड के साथ अभिक्रिया करता है, अथवा छह, ग्यारह या बारह कार्बन परमाणुओं वाले लैक्टम के रिंग-ओपनिंग पॉलिमराइज़ेशन द्वारा होता है। नायलॉन मोनोमर एलिफैटिक, अर्ध-ऐरोमैटिक या ऐरोमैटिक (एरामिड) हो सकते हैं, और संरचना में अक्रिस्टलीय, अर्ध-क्रिस्टलीय तथा कम या अधिक क्रिस्टलीयता वाले हो सकते हैं। दो प्रमुख पॉलीएमाइड हैं पॉली(हेक्सामेथिलीन एडिपामाइड) (नायलॉन 6,6) और पॉलीकैप्रोलैक्टम (नायलॉन 6)। एलिफैटिक पॉलीएमाइड में नायलॉन 12, 69, 6-10, 6-12, 46 और 1212 शामिल हैं। नायलॉन 11 नामक जैव-आधारित इंजीनियरिंग प्लास्टिक नवीकरणीय संसाधनों से, विशेष रूप से अरंडी (कैस्टर) के पौधों से प्राप्त होता है।

लेज़र मार्किंग की सतह क्रियाविधियाँ

लेज़र-मार्केबल प्लास्टिक की पहचान इस क्षमता से होती है कि वे 1060nm-1070nm के बीच के निकट-अवरक्त (NIR) तरंगदैर्घ्य परास में लेज़र प्रकाश को अवशोषित कर उसे ऊष्मीय ऊर्जा में परिवर्तित कर सकें। तीन सामान्य प्रकार के लेज़र हैं: यटरबियम फाइबर (MOPA व फिक्स्ड पल्स), वैनेडेट (Nd:YVO4), और Nd:YAG। लेज़र के प्रकार तथा वांछित मार्किंग कंट्रास्ट के अनुसार विभिन्न रसायन-प्रणालियों का उपयोग करके सतह पर अभिक्रियाएँ उत्पन्न की जा सकती हैं, जैसे कार्बनीकरण (चारिंग), रासायनिक परिवर्तन से फोमिंग, और रंग परिवर्तन। मार्किंग सॉफ़्टवेयर में सेटिंग्स (पावर, पल्स पुनरावृत्ति दर और मार्किंग गति) समायोजित करके वही लेज़र ये सभी सतह अभिक्रियाएँ कर सकता है। कंटीन्यूअस वेव (CW) CO2 लेज़र की तरंगदैर्घ्य 10.6 माइक्रोन (दूर-अवरक्त स्पेक्ट्रम) होती है। CW CO2 लेज़र की पीक पावर कम होती है और वे प्लास्टिक पर उच्च कंट्रास्ट वाली मार्किंग नहीं बना सकते।

लेज़र एडिटिव्स

चूँकि अधिकांश पॉलिमर की इस तरंगदैर्घ्य (NIR) में अवशोषण क्षमता सीमित होती है और वे उल्लेखनीय कंट्रास्ट नहीं दे पाते, इसलिए विशेषज्ञ अवशोषण बढ़ाने और उच्च कंट्रास्ट गुणवत्ता प्राप्त करने के लिए विभिन्न एडिटिव्स, फिलर, पिगमेंट और डाई का उपयोग करते हैं। एडिटिव्स रंग कंट्रास्ट की मात्रा (लेज़र प्रकाश का अवशोषण) बढ़ाते हैं, जिसे उपयुक्त लेज़र चयन और मार्किंग पैरामीटर से और बेहतर किया जाता है। आम धारणा के विपरीत, कोई एक सार्वभौमिक एडिटिव नहीं होता।

कुछ एडिटिव्स में एंटीमनी-डोप्ड टिन ऑक्साइड और एंटीमनी ट्राइऑक्साइड के मिश्रण होते हैं, जिनके कारण प्राकृतिक (बिना रंग वाले) सब्सट्रेट की अपारदर्शिता “धूसर” दिख सकती है। अन्य एडिटिव्स में एल्युमिनियम कण, मिश्रित धातु ऑक्साइड या स्वामित्व वाले कंपाउंड हो सकते हैं। वांछित कलरमैच रूप प्राप्त करने के लिए पिगमेंट और डाई से रंग समायोजन किया जाता है। कुछ विशिष्ट एडिटिव्स को FDA द्वारा 21 CFR 178.3297 Colorants for Polymers की शर्तों A-H के अंतर्गत खाद्य संपर्क और खाद्य पैकेजिंग में उपयोग हेतु अनुमोदित किया गया है।

लेज़र एडिटिव कंपाउंड पेलेट ग्रैन्युलेट और पाउडर, दोनों रूपों में उपलब्ध हैं। ग्रैन्युलेट उत्पादों को सीधे पॉलिमर रेज़िन के साथ मिलाया जाता है, जबकि पाउडर रूपों को मास्टरबैच में परिवर्तित किया जाता है। वज़न के हिसाब से लोडिंग सांद्रता (अंतिम पार्ट में) सामान्यतः 0.01 से 3.0% के बीच रहती है। सर्वोत्तम रंग कंट्रास्ट प्राप्त करने के लिए लेज़र एडिटिव्स का हर पार्ट में एकसमान वितरण/परिक्षेपण आवश्यक है।

फाइबर लेज़र

नैनोसेकंड यटरबियम फाइबर लेज़र (MOPA और फिक्स्ड पल्स) अपनी उत्कृष्ट बीम गुणवत्ता (M2) और उच्च चमक (“रेडिएंस”) के कारण प्लास्टिक की मार्किंग, लेज़र एनग्रेविंग और लेज़र एचिंग के लिए आदर्श हैं। ये बहुत छोटे स्पॉट आकार (20 माइक्रोन से कम) पर फोकस कर सकते हैं, जिससे उच्च ऊर्जा घनत्व बनता है। MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) लेज़र के उपयोग का एक बड़ा लाभ पल्स चौड़ाई को सूक्ष्मता से समायोजित कर पाने की क्षमता है। कम पल्स चौड़ाई, सामान्यतः 90 नैनोसेकंड से कम, प्लास्टिक सामग्री की मार्किंग के लिए आदर्श होती है।

प्लास्टिक मार्किंग में लेज़र इरेडियंस (W/cm2) और फ्लुएंस (J/cm2) महत्वपूर्ण पैरामीटर हैं। तीव्रता पल्स आवृत्ति, लेज़र पावर, फोकल स्पॉट आकार और पल्स चौड़ाई से प्रभावित होती है। फ्लुएंस बीम तीव्रता, स्कैन वेग, पल्स ओवरलैप और फोकस बीम व्यास से प्रभावित होती है। मार्क बनाने तथा इष्टतम कंट्रास्ट व गति प्राप्त करने में पल्स पुनरावृत्ति दर और पीक पावर घनत्व निर्णायक पैरामीटर हैं। कम आवृत्ति पर उच्च पीक पावर सतह का तापमान तेज़ी से बढ़ा देती है, जिससे सामग्री वाष्पित होती है और सब्सट्रेट में बहुत कम ऊष्मा का संचालन होता है। जैसे-जैसे पल्स पुनरावृत्ति दर बढ़ती है, कम पीक पावर से वाष्पीकरण न्यूनतम होता है परंतु ऊष्मा का संचालन अधिक होता है। पावर और पल्स पुनरावृत्ति दर के अंकगणितीय वक्र व्युत्क्रमानुपाती होते हैं।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

मेरा फाइबर लेज़र नायलॉन पर स्पष्ट मार्किंग क्यों नहीं करता?

यटरबियम फाइबर लेज़र जिस निकट-अवरक्त बैंड में काम करते हैं, उसमें पॉलीएमाइड का अवशोषण सीमित होता है, इसलिए अधिकांश ऊर्जा उस ऊष्मीय अभिक्रिया में परिवर्तित नहीं हो पाती जो मार्क बनाती है। समाधान अधिक लेज़र पावर नहीं, बल्कि सामग्री में कंपाउंड किया गया लेज़र-वर्धक एडिटिव है।

नायलॉन पर लेज़र मार्किंग के लिए कौन-से एडिटिव्स उपयोग किए जाते हैं?

एंटीमनी-डोप्ड टिन ऑक्साइड और एंटीमनी ट्राइऑक्साइड के मिश्रण आम हैं, हालाँकि इनसे बिना रंग वाले सब्सट्रेट पर हल्की धूसर आभा आ सकती है। अन्य विकल्पों में एल्युमिनियम कण, मिश्रित धातु ऑक्साइड या स्वामित्व वाले कंपाउंड उपयोग होते हैं, और अंतिम कलर मैच पाने के लिए पिगमेंट व डाई मिलाए जाते हैं।

क्या लेज़र-मार्क किए गए नायलॉन का उपयोग खाद्य-संपर्क वाले पार्ट्स में किया जा सकता है?

हाँ, सही एडिटिव के साथ। कुछ विशिष्ट एडिटिव्स को FDA द्वारा 21 CFR 178.3297, Colorants for Polymers की शर्तों A–H के अंतर्गत खाद्य संपर्क और खाद्य पैकेजिंग हेतु अनुमोदित किया गया है। यह अवश्य पुष्टि कर लें कि वह अनुमोदन आपके ग्रेड और लोडिंग स्तर पर लागू होता है।

नायलॉन पर कौन-सी पल्स चौड़ाई उपयोग करनी चाहिए?

छोटी पल्स। MOPA लेज़र पर लगभग 90 नैनोसेकंड से कम चौड़ाई प्लास्टिक के लिए उपयुक्त रहती है, जो उच्च पीक पावर देकर सतह का तापमान तेज़ी से बढ़ाती है और सब्सट्रेट में बहुत कम ऊष्मा पहुँचाती है।

बिना-भराव नायलॉन की तुलना में ग्लास-भरित नायलॉन पर मार्किंग कठिन क्यों है?

ग्लास फाइबर निकट-अवरक्त को अवशोषित नहीं करते और बीम को प्रकीर्णित कर देते हैं, इसलिए फाइबर-बहुल सतहों पर मार्किंग कमज़ोर और असंगत आती है। मोल्डिंग को इस प्रकार समायोजित करना होता है कि सतहें रेज़िन-बहुल बनें। देखें: ग्लास फाइबर का उभरना और लेज़र मार्किंग।

Scott R. Sabreen, The Sabreen Group, Inc. के संस्थापक और अध्यक्ष हैं। यह एक इंजीनियरिंग कंपनी है जो प्लास्टिक द्वितीयक प्रसंस्करण में विशेषज्ञता रखती है — सतह पूर्व-उपचार, बंधन, डेकोरेटिंग व फिनिशिंग, लेज़र मार्किंग तथा उत्पाद सुरक्षा। वे 30 वर्षों से अधिक समय से नई प्रौद्योगिकियाँ विकसित कर रहे हैं और विनिर्माण संबंधी समस्याएँ हल कर रहे हैं। Sabreen से 972.820.6777 पर या www.sabreen.com अथवा www.adhesionbonding.com पर संपर्क किया जा सकता है।

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