फाइबर लेज़र से PPS लेज़र मार्किंग

फाइबर लेज़र से PPS पॉलीफेनिलीन सल्फाइड की लेज़र मार्किंग

सारांश

PPS (पॉलीफेनिलीन सल्फाइड) पर मार्किंग और एनग्रेविंग अत्यंत कठिन है, क्योंकि लेज़र से गर्म किए जाने पर यह उच्च तापमान सह लेता है। कलरेंट प्रौद्योगिकी, लेज़र-विशिष्ट कार्बन ब्लैक और फाइबर लेज़र में हालिया प्रगति ने काले ग्लास-फिल्ड PPS पर उच्च-कंट्रास्ट, हल्के रंग की, खरोंच-प्रतिरोधी मार्किंग को संभव बनाया है, जो Yellow Card प्रमाणित भी है। यह उल्लेखनीय प्रगति ऑटोमोटिव, एयरोस्पेस/NASA MIL इलेक्ट्रॉनिक्स, पंप व वाल्व, घरेलू उपकरण आदि अनेक क्षेत्रों में डेटा मैट्रिक्स, बारकोड, QR कोड और यूनिक पार्ट आइडेंटिफिकेशन की मार्किंग व माइक्रो-मार्किंग को संभव बनाती है। मज़बूत, खरोंच-प्रतिरोधी मार्किंग प्राप्त करने के लिए यटरबियम फाइबर लेज़र के सेटअप और ऑप्टिक्स में परिशुद्धता आवश्यक है।

मुख्य बिंदु

• PPS मार्किंग का प्रतिरोध इसलिए करता है क्योंकि यह ऊष्मा का प्रतिरोध करता है। उच्च-तापमान स्थिरता का अर्थ है कि कंट्रास्ट बनाने वाली सतही अभिक्रियाओं को शुरू करना कठिन होता है।
• MOPA यटरबियम फाइबर लेज़र ही सही चुनाव हैं — 20–40 ns की पल्स अवधि और 100 kHz से अधिक पल्स आवृत्ति के साथ।
• खरोंच-प्रतिरोध सतह के तापमान नियंत्रण से तय होता है। राइज़ और फॉल टाइम गलत रहे, तो मार्किंग घिसकर उतर जाती है।
• रेज़िन-रिच सतहें अनिवार्य हैं। 30–40% ग्लास-फिल्ड PPS पर ग्लास इमर्जेंस घटिया मार्किंग देता है।
• पूर्ण क्रिस्टलीयता के लिए 275–300°F या उससे अधिक पर मोल्डिंग करें, अन्यथा पार्ट सेवा-अवस्था में आयामी रूप से बदल जाएगा।

इष्टतम लेज़र मार्किंग। काले ग्लास-फिल्ड PPS पर खरोंच-प्रतिरोधी, उच्च-कंट्रास्ट, हल्के रंग की मार्किंग बनाने के लिए MOPA यटरबियम फाइबर लेज़र सर्वोत्तम विकल्प हैं, क्योंकि ये पल्स चौड़ाई और फोकस्ड पावर डेंसिटी को परिशुद्धता से नियंत्रित कर सकते हैं। यह परिशुद्धता 1060-1070nm के निकट-अवरक्त तरंगदैर्घ्य पर सतही रासायनिक फोमिंग प्रक्रिया के बेहतर नियंत्रण की सुविधा देती है। सर्वोत्तम पल्स अवधि 20 से 40 नैनोसेकंड के बीच होती है, तथा पल्स आवृत्ति 100 किलोहर्ट्ज़ से अधिक। सतह के तापमान (राइज़ और फॉल टाइम) को नियंत्रित करने के लिए परिशुद्ध लेज़र सेटअप आवश्यक है; अन्यथा मार्किंग आसानी से खरोंचकर उतर सकती है।

PPS सहित ग्लास-फिल्ड पॉलिमर पर उच्च-गुणवत्ता वाली लेज़र मार्किंग प्राप्त करने के लिए मज़बूत इंजेक्शन मोल्डिंग तथा लेज़र-अनुकूलित कलरेंट व प्रीकंपाउंडेड सामग्री के उचित परिक्षेपण/वितरण की आवश्यकता होती है। ग्लास फाइबर मिलाने से मोल्डिंग प्रक्रियाएँ प्रतिकूल रूप से प्रभावित हो सकती हैं, जिससे बदले में लेज़र मार्किंग की गुणवत्ता प्रभावित होती है। मज़बूत मार्किंग के लिए पार्ट की सतहों का रेज़िन-रिच होना आवश्यक है। ग्लास फाइबर से भरपूर सतहें घटिया मार्किंग परिणाम देंगी।

पॉलीफेनिलीन सल्फाइड (PPS)

पॉलीफेनिलीन सल्फाइड (PPS) एक उच्च-तापमान, अर्ध-क्रिस्टलीय इंजीनियरिंग थर्मोप्लास्टिक है। उद्योग में PPS को वह प्लास्टिक माना जाता है जो धातु की तरह प्रदर्शन करता है। PEEK और LCP सहित अन्य उच्च-तापमान परफॉर्मेंस प्लास्टिक की तरह, PPS के गुण भी उसके क्रिस्टलीकरण व्यवहार पर निर्भर करते हैं। PPS दो भिन्न रूपों में बेचा जाता है: “ब्रांच्ड” आणविक संरचना और “लीनियर”। सर्वाधिक प्रचलित ब्रांडों में Celanese Fortron®, Solvay Ryton®, SABIC Supec, Toray Torelina और DIC PPS शामिल हैं। ब्रांच्ड संस्करण अपेक्षाकृत अधिक कठोर होता है। लीनियर संस्करण आमतौर पर बेहतर यांत्रिक व फ्लेक्सुरल सामर्थ्य के साथ-साथ उच्चतर मेल्ट स्थिरता प्रदान करता है। लीनियर PPS में आयनिक अशुद्धियाँ भी कम होती हैं। मानक PPS में ग्लास-फिल्ड फाइबर (30 प्रतिशत और 40 प्रतिशत) तथा ग्लास फाइबर/मिनरल मिश्रण मिलाने से विशिष्ट और कठिन अनुप्रयोग संभव हो पाते हैं। इलेक्ट्रॉनिक्स निर्माता इंसुलेशन और कनेक्टर उत्पादों के लिए आमतौर पर 40 प्रतिशत ग्लास-फिल्ड PPS चुनते हैं।

पूर्ण क्रिस्टलीय अवस्था प्राप्त करने के लिए कम से कम 275 से 300 डिग्री फ़ारेनहाइट का मोल्ड तापमान आवश्यक है। जब PPS को 275 डिग्री फ़ारेनहाइट से नीचे मोल्ड किया जाता है, तो मोल्डिंग अमॉर्फस या अर्ध-क्रिस्टलीय रहती है और उच्चतर सेवा तापमान के संपर्क में आने तक इसी अवस्था में बनी रहती है। यदि सेवा तापमान मोल्डिंग तापमान से अधिक हो जाता है, तो पार्ट अधिक क्रिस्टलीय हो जाएँगे, जिससे आयामी और गुणधर्म संबंधी परिवर्तन होंगे।

फाइबरग्लास बनाने में उपयोग होने वाली सामग्रियाँ सिलिका, चूना-पत्थर और सोडा ऐश हैं। ग्लास बनाने के लिए मुख्य सामग्री सिलिका है, जबकि सोडा ऐश और चूना-पत्थर गलनांक कम करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। “ग्लास इमर्जेंस” एक गंभीर सतही दोष है, जो फाइबरग्लास-फिल्ड इंजेक्शन मोल्डेड उत्पादों को आमतौर पर प्रभावित करता है। ग्लास फाइबर के उजागर होने से सतह ग्लास-फाइबर-रिच बन जाती है। प्लास्टिक मेल्ट की भराई और मोल्डिंग के दौरान अतिरिक्त ग्लास सतह पर आ जाता है। संघनन और मोल्डिंग के बाद सतह पर सफ़ेद निशान दिखाई देते हैं। उच्च गुणवत्ता वाली मार्किंग बनाने के लिए मोल्डेड पार्ट की सतहों का “रेज़िन-रिच” होना अनिवार्य है, ताकि लेज़र की ऊर्जा पॉलिमर मैट्रिक्स के साथ अन्योन्यक्रिया कर सके। इसके विपरीत, ग्लास-फाइबर-रिच सतहों पर मार्किंग खराब होती है, और फाइबर की मात्रा बढ़ने के साथ यह समस्या और बिगड़ती जाती है। फाइबरग्लास स्वयं निकट-अवरक्त (NIR) लेज़र प्रकाश का अच्छा अवशोषक नहीं है।

औद्योगिक फाइबर लेज़र

नैनोसेकंड यटरबियम फाइबर लेज़र (MOPA तथा फिक्स्ड पल्स) अपनी उत्कृष्ट बीम गुणवत्ता (M2) और उच्च चमक “रेडिएंस” के कारण प्लास्टिक की मार्किंग, एनग्रेविंग और एचिंग के लिए आदर्श हैं। ये बहुत छोटे स्पॉट साइज़ (20 माइक्रोन से कम) पर फोकस कर सकते हैं, जिससे उच्च ऊर्जा घनत्व प्राप्त होता है। MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) लेज़र के उपयोग का एक बड़ा लाभ पल्स चौड़ाई को सूक्ष्मता से समायोजित करने की क्षमता है। प्लास्टिक मार्किंग में लेज़र इर्रेडिएंस (W/cm2) और फ्लुएंस (J/cm2) महत्वपूर्ण पैरामीटर हैं। इर्रेडिएंस मूलतः लेज़र बीम की तीव्रता है, जो फोकस्ड स्पॉट साइज़ का फलन है। फ्लुएंस यह निर्धारित करता है कि सामग्री की सतह तक कितनी ऊर्जा स्थानांतरित होती है। यदि फ्लुएंस बहुत कम हो, तो सामग्री पर कोई प्रभाव ही नहीं पड़ सकता। यदि यह बहुत अधिक हो, तो वांछित मार्किंग प्रभाव से कहीं आगे बढ़कर सामग्री को अत्यधिक क्षति पहुँच सकती है।

मार्क बनाने तथा इष्टतम कंट्रास्ट और गति प्राप्त करने में लेज़र की पल्स पुनरावृत्ति दर और पीक पावर डेंसिटी निर्णायक होती हैं। पावर बनाम पल्स पुनरावृत्ति दर के अंकगणितीय वक्र व्युत्क्रमानुपाती होते हैं। कम आवृत्ति पर उच्च पीक पावर सतह के तापमान को तेज़ी से बढ़ाती है, जिससे सामग्री वाष्पित हो जाती है और सब्सट्रेट में न्यूनतम ऊष्मा संचरित होती है। जैसे-जैसे पल्स पुनरावृत्ति बढ़ती है, कम पीक पावर न्यूनतम वाष्पीकरण करती है परंतु अधिक ऊष्मा संचरित करती है।

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अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

PPS पर लेज़र मार्किंग इतनी कठिन क्यों है?

PPS एक उच्च-तापमान अर्ध-क्रिस्टलीय थर्मोप्लास्टिक है जो लेज़र द्वारा दी गई ऊष्मा को सह लेता है, इसलिए सामान्य प्लास्टिक में कंट्रास्ट बनाने वाली कार्बनीकरण और फोमिंग अभिक्रियाओं को शुरू करना कहीं अधिक कठिन होता है। PPS पार्ट्स में सामान्य रूप से मिलने वाली ग्लास फिलिंग इस समस्या को और बढ़ा देती है।

काले ग्लास-फिल्ड PPS पर खरोंच-प्रतिरोधी मार्किंग किन लेज़र सेटिंग्स से बनती है?

20 से 40 नैनोसेकंड की पल्स अवधि और 100 kHz से अधिक पल्स आवृत्ति वाला MOPA यटरबियम फाइबर लेज़र। सतह के तापमान के राइज़ और फॉल टाइम को परिशुद्ध सेटअप ही नियंत्रित करता है; इस नियंत्रण के बिना मार्किंग आसानी से खरोंचकर उतर जाती है।

क्या ग्लास की मात्रा PPS पर मार्किंग की गुणवत्ता को प्रभावित करती है?

काफ़ी हद तक। फाइबरग्लास निकट-अवरक्त को अवशोषित नहीं करता, इसलिए ग्लास-रिच सतहों पर मार्किंग खराब होती है और फाइबर की मात्रा बढ़ने के साथ समस्या बिगड़ती जाती है। इलेक्ट्रॉनिक्स कनेक्टर में आमतौर पर 40% ग्लास-फिल्ड PPS उपयोग होता है, जिसके कारण रेज़िन-रिच सतह बनाना मोल्डिंग की प्राथमिकता बन जाता है।

PPS के लिए कितना मोल्ड तापमान आवश्यक है?

पूर्ण क्रिस्टलीय अवस्था तक पहुँचने के लिए कम से कम 275 से 300°F। इससे नीचे मोल्ड किए गए पार्ट अमॉर्फस या अर्ध-क्रिस्टलीय बने रहते हैं और यदि सेवा तापमान मोल्डिंग तापमान से अधिक हो जाए तो बाद में क्रिस्टलीकृत हो जाएँगे, जिससे आयामी और गुणधर्म संबंधी परिवर्तन होंगे।

लीनियर और ब्रांच्ड PPS में क्या अंतर है?

ब्रांच्ड PPS अपेक्षाकृत अधिक कठोर होता है। लीनियर PPS आमतौर पर बेहतर यांत्रिक व फ्लेक्सुरल सामर्थ्य, उच्चतर मेल्ट स्थिरता तथा कम आयनिक अशुद्धियाँ प्रदान करता है।

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

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