塑膠雷射打標與焊接添加劑：技術新進展

塑膠雷射打標與焊接添加劑：新技術如何提升標準

在電線電纜、包裝、醫療器材與汽車產業中，雷射打標已成為塑膠零件辨識與編碼的核心技術。如今，添加劑化學與雷射硬體的進展正持續推升速度、對比度與法規符合性的極限，也為更廣泛的應用開啟大門。

製造業者為何看好雷射打標

相較於傳統油墨列印，雷射打標的優勢相當顯著。此製程為非接觸式、以數位方式驅動，並可輕鬆置入序號、條碼等連續識別碼。最關鍵的是，其產生的標記具永久性：雷射光束會活化埋入聚合物內部的添加劑，形成能長期耐受磨耗與環境劣化的標記。

隨著可追溯性成為核心議題（尤其在工業 4.0 的「智慧工廠」概念快速普及之下），雷射打標正從利基選項轉為預設要求。雷射焊接也循相同軌跡發展，為製造業者帶來傳統製程難以匹敵的幾何設計自由度與精確的焊接控制。

專家觀點：Scott Sabreen 談添加劑的驅動力

Scott Sabreen 為 The Sabreen Group 總裁，該公司是專精於塑膠二次加工的工程顧問公司。

鐿光纖雷射的優勢

一項重要的技術發展是鐿光纖雷射的導入，其脈衝形式涵蓋奈秒、皮秒與飛秒等級。搭配改良後的雷射添加劑，這類雷射光源可提供更佳的光束品質，並在塑膠上實現更高對比度與更精細的標記。Sabreen 指出，此一效能提升同時來自可用的脈衝寬度與平均功率特性。

在成本方面，雷射添加劑相較於油墨列印製程具有明確的成本優勢。完整最佳化的添加劑系統，打標速度亦可較未最佳化的配方提升約 15%，在大量生產環境中是相當可觀的效益。

實務上，雷射添加劑以粒狀與粉狀兩種形式供應，且通常易於在聚合物中分散。添加比例並不高，依添加劑與聚合物的組合，一般介於 0.01% 至 4.0%（重量比）之間。兩種形式皆可摻混至預先混煉的著色材料或色母粒中。

因應高速生產的需求

PolyOne Color & Additives 全球行銷總監 Gary Fielding 強調，客戶始終要求雷射打標系統能在盡可能高的產線速度下，產生清晰易讀且持久的標記。PolyOne 的 OnCap 雷射打標添加劑濃縮料正是為此開發，可在不犧牲可辨讀性的前提下，支援電線電纜產品的高速打標。

在法規要求最嚴格之處，風險也最高。電線電纜產業要求產品標記在地下埋設十年以上後仍須清晰可辨。加上該產業橫跨全球，各地對標記與識別的法規不盡相同，添加劑與設備的可靠性因此成為絕對必要的條件。

新興應用

同樣的可靠性要求正擴散至其他產業。在汽車產業，電動車開發加速，預期將帶動高溫線纜的需求，其雷射標記必須能承受相當程度的高溫。航太製造業者同樣尋求能滿足該產業特有嚴苛耐久性要求的打標方案。

PolyOne 的 Christoph Pezold 指出，工業 4.0 的興起可能進一步加速雷射打標與焊接的導入。隨著日常產品愈來愈需要具備編碼或可追溯性的零件，雷射技術將扮演關鍵角色，不僅能高速完成法規標示，更能以產線速度製作客製化的隨需標記。

重點摘要

• 法規轉向：無重金屬（不含銻）的添加劑配方已成為產業標準，主要由 FDA／歐盟法規要求與企業自主規範所推動。
• 成本下降：專利到期與新的特用化學品業者投入，使雷射打標添加劑的取得成本明顯降低。
• 光纖雷射進展：鐿光纖雷射（奈秒、皮秒、飛秒）搭配更好的添加劑，可提供更佳的對比度與更精細的細節。
• 速度是關鍵：最佳化配方的打標速度較未最佳化系統至少快 15%，在 2,000 ft/min 以上的產線速度下尤為重要。
• 工業 4.0：智慧製造中日益增加的可追溯性需求，正使雷射打標從選配製程轉為預設製程。

常見問題

什麼是雙效雷射添加劑？

這是指在同一配方中同時支援雷射打標與穿透式雷射焊接的單一添加劑系統。單一配方即可讓成型廠為零件打上可追溯的標記，並將其與對接件焊合，無須指定兩種不同的材料。

雷射添加劑需要多少添加比例？

在成品件中通常約介於 0.01% 至 4.0%（重量比）之間，視聚合物、目標顏色，以及該配方是用於打標、焊接或兩者兼具而定。只要仍能滿足對比度與焊接需求，一般以較低的添加比例為佳。

為何無重金屬添加劑逐漸成為必要條件？

衛生與法規主管機關，以及愈來愈多的大型企業客戶，均限制消費性、醫療與食品接觸產品所用聚合物中的重金屬含量。較新的添加劑配方不含重金屬，仍能達到相當的對比度。

雷射打標在押出產線上可以跑多快？

電線電纜押出產線在 2,000 ft/min 以上的速度下即可線上即時打標，而最佳化的添加劑配方已使可達成的打標速度至少提升 15%。實際產出取決於添加劑的反應性、雷射功率與標記字元內容。

為何這類應用偏好採用鐿光纖雷射？

因為它兼具優異的光束品質與高亮度，可聚焦至 20 微米以下的光斑尺寸，達到高能量密度。MOPA 機型另可調整脈衝寬度，這正是能精細控制發泡與碳化的關鍵。

本文改編自 Mark Holmes 所著〈Lasers Make Their Mark〉，原刊載於 Compounding World，2017 年 2 月號。圖片來源：PolyOne、The Sabreen Group。

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