สารเติมแต่งสำหรับการมาร์กด้วยเลเซอร์และการเชื่อมพลาสติก

สารเติมแต่งสำหรับการมาร์กด้วยเลเซอร์และการเชื่อมพลาสติก: เทคโนโลยีใหม่ยกระดับมาตรฐานอย่างไร

การมาร์กด้วยเลเซอร์กลายเป็นเทคโนโลยีหลักสำหรับการระบุและการพิมพ์รหัสบนชิ้นงานพลาสติกในอุตสาหกรรมสายไฟและสายเคเบิล บรรจุภัณฑ์ เครื่องมือแพทย์ และยานยนต์ ปัจจุบันความก้าวหน้าของเคมีสารเติมแต่งและฮาร์ดแวร์เลเซอร์กำลังผลักขีดจำกัดด้านความเร็ว ความคมชัด และการปฏิบัติตามกฎระเบียบ ซึ่งเปิดทางไปสู่การใช้งานที่หลากหลายมากยิ่งขึ้น

เหตุใดผู้ผลิตจึงเลือกลงทุนกับการมาร์กด้วยเลเซอร์

ข้อดีของการมาร์กด้วยเลเซอร์เมื่อเทียบกับการพิมพ์ด้วยหมึกแบบเดิมมีอยู่มาก กระบวนการนี้ไม่ต้องสัมผัสชิ้นงาน ควบคุมด้วยระบบดิจิทัล และสามารถใส่รหัสระบุแบบเรียงลำดับ เช่น หมายเลขซีเรียลและบาร์โค้ด ได้อย่างง่ายดาย ที่สำคัญที่สุดคือรอยมาร์กที่ได้มีความคงทนถาวร ลำแสงเลเซอร์จะกระตุ้นสารเติมแต่งที่ผสมอยู่ในเนื้อพอลิเมอร์ ทำให้เกิดรอยมาร์กที่ทนต่อการขัดถูและการเสื่อมสภาพจากสภาพแวดล้อมได้ตลอดอายุการใช้งานที่ยาวนาน

เมื่อการตรวจสอบย้อนกลับกลายเป็นประเด็นสำคัญ โดยเฉพาะเมื่อแนวคิด “โรงงานอัจฉริยะ” ของ Industry 4.0 ได้รับความสนใจมากขึ้น การมาร์กด้วยเลเซอร์จึงมีแนวโน้มจะกลายเป็นข้อกำหนดพื้นฐานมากกว่าทางเลือกเฉพาะกลุ่ม ส่วนการเชื่อมด้วยเลเซอร์ก็กำลังเดินไปในทิศทางเดียวกัน โดยให้อิสระในการออกแบบรูปทรงที่มากขึ้นและการควบคุมแนวเชื่อมที่แม่นยำกว่าที่เทคนิคแบบเดิมทำได้

มุมมองผู้เชี่ยวชาญ: Scott Sabreen กับปัจจัยขับเคลื่อนด้านสารเติมแต่ง

Scott Sabreen ดำรงตำแหน่งประธานของ The Sabreen Group ซึ่งเป็นบริษัทที่ปรึกษาด้านวิศวกรรมที่เชี่ยวชาญด้านการแปรรูปพลาสติกขั้นที่สอง

ข้อได้เปรียบของไฟเบอร์เลเซอร์อิตเทอร์เบียม

พัฒนาการทางเทคโนโลยีที่สำคัญคือการนำไฟเบอร์เลเซอร์อิตเทอร์เบียมมาใช้ ซึ่งมีทั้งแบบพัลส์ระดับนาโนวินาที พิโควินาที และเฟมโตวินาที เมื่อใช้ร่วมกับสารเติมแต่งเลเซอร์ที่พัฒนาขึ้น แหล่งกำเนิดเลเซอร์เหล่านี้ให้คุณภาพลำแสงที่เหนือกว่า พร้อมความคมชัดที่สูงขึ้นและรายละเอียดของรอยมาร์กบนพลาสติกที่ละเอียดกว่า Sabreen ระบุว่าประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นนี้มาจากทั้งความกว้างพัลส์ที่เลือกใช้ได้และคุณลักษณะด้านกำลังเฉลี่ย

ในด้านต้นทุน สารเติมแต่งเลเซอร์มีความคุ้มค่ากว่ากระบวนการพิมพ์ด้วยหมึกอย่างชัดเจน ระบบสารเติมแต่งที่ปรับสูตรอย่างเหมาะสมยังช่วยเพิ่มความเร็วในการมาร์กได้ประมาณ 15% เมื่อเทียบกับสูตรที่ไม่ได้ปรับให้เหมาะสม ซึ่งเป็นส่วนต่างที่มีความหมายมากในสภาพการผลิตปริมาณสูง

ในทางปฏิบัติ สารเติมแต่งเลเซอร์มีจำหน่ายทั้งในรูปเม็ดและผง และโดยทั่วไปกระจายตัวในพอลิเมอร์ได้ง่าย ระดับการเติมอยู่ในเกณฑ์ต่ำ โดยทั่วไปประมาณ 0.01% ถึง 4.0% โดยน้ำหนัก ขึ้นอยู่กับการจับคู่ระหว่างสารเติมแต่งและพอลิเมอร์ ทั้งสองรูปแบบสามารถผสมเข้ากับวัสดุที่คอมพาวด์สีไว้แล้วหรือกับสีเข้มข้นได้

ตอบโจทย์ความต้องการของการผลิตความเร็วสูง

Gary Fielding ผู้อำนวยการฝ่ายการตลาดระดับโลกของ PolyOne Color & Additives เน้นย้ำว่าลูกค้าต้องการระบบการมาร์กด้วยเลเซอร์ที่ให้รอยมาร์กชัดเจน อ่านออกได้ และคงทนยาวนาน ที่ความเร็วสายการผลิตสูงสุดเท่าที่ทำได้อยู่เสมอ สารเติมแต่งเข้มข้นสำหรับการมาร์กด้วยเลเซอร์ OnCap ของ PolyOne ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อตอบโจทย์ข้อนี้โดยเฉพาะ โดยรองรับการมาร์กผลิตภัณฑ์สายไฟและสายเคเบิลที่ความเร็วสูงโดยไม่ลดทอนความชัดเจนในการอ่าน

ความสำคัญยิ่งสูงขึ้นในกรณีที่กฎระเบียบกำหนดไว้ อุตสาหกรรมสายไฟและสายเคเบิลกำหนดให้รอยมาร์กบนผลิตภัณฑ์ยังต้องอ่านออกได้หลังการติดตั้งใต้ดินเป็นเวลาสิบปีหรือมากกว่า ขอบเขตการดำเนินธุรกิจระดับนานาชาติของอุตสาหกรรมนี้ ประกอบกับกฎระเบียบท้องถิ่นด้านการมาร์กและการระบุที่แตกต่างกันไป ทำให้ความน่าเชื่อถือของทั้งสารเติมแต่งและอุปกรณ์เป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง

การใช้งานที่กำลังเกิดขึ้นใหม่

ความคาดหวังด้านความน่าเชื่อถือแบบเดียวกันกำลังขยายไปสู่ภาคอุตสาหกรรมอื่น ในกลุ่มยานยนต์ การพัฒนายานยนต์ไฟฟ้าที่เร่งตัวขึ้นคาดว่าจะเพิ่มความต้องการสายเคเบิลทนอุณหภูมิสูง ซึ่งต้องมีรอยมาร์กจากการมาร์กด้วยเลเซอร์ที่ทนความร้อนได้มาก ผู้ผลิตในอุตสาหกรรมอากาศยานก็กำลังมองหาโซลูชันการมาร์กที่ตอบข้อกำหนดด้านความคงทนอันเข้มงวดเฉพาะของอุตสาหกรรมตนเช่นกัน

Christoph Pezold จาก PolyOne ระบุว่าการเกิดขึ้นของ Industry 4.0 มีแนวโน้มจะเร่งการนำการมาร์กและการเชื่อมด้วยเลเซอร์ไปใช้มากขึ้น เมื่อผลิตภัณฑ์ในชีวิตประจำวันจำเป็นต้องมีชิ้นส่วนที่มีรหัสหรือตรวจสอบย้อนกลับได้มากขึ้นเรื่อย ๆ เทคโนโลยีเลเซอร์จะมีบทบาทสำคัญ ทั้งการทำฉลากตามข้อกำหนดของกฎหมายที่ความเร็วสูง และการสร้างรอยมาร์กแบบกำหนดเองตามคำสั่งซื้อที่ความเร็วเทียบเท่าสายการผลิต

ประเด็นสำคัญ

• การเปลี่ยนแปลงด้านกฎระเบียบ: เคมีสารเติมแต่งที่ปลอดโลหะหนัก (ปลอดพลวง) กลายเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมแล้ว โดยมีแรงขับเคลื่อนจากการปฏิบัติตามข้อกำหนดของ FDA/EU และการกำกับดูแลตนเองขององค์กร
• ต้นทุนที่ลดลง: สิทธิบัตรที่หมดอายุและผู้ผลิตเคมีภัณฑ์พิเศษรายใหม่ทำให้สารเติมแต่งสำหรับการมาร์กด้วยเลเซอร์มีราคาที่เข้าถึงได้มากขึ้นอย่างชัดเจน
• ความก้าวหน้าของไฟเบอร์เลเซอร์: ไฟเบอร์เลเซอร์อิตเทอร์เบียม (นาโน พิโค และเฟมโตวินาที) เมื่อใช้ร่วมกับสารเติมแต่งที่ดีกว่า ให้ความคมชัดที่เหนือกว่าและรายละเอียดที่ละเอียดกว่า
• ความเร็วเป็นเรื่องสำคัญ: สูตรที่ปรับให้เหมาะสมทำให้มาร์กได้เร็วขึ้นอย่างน้อย 15% เมื่อเทียบกับระบบที่ไม่ได้ปรับให้เหมาะสม ซึ่งเป็นปัจจัยชี้ขาดที่ความเร็วสายการผลิตมากกว่า 2,000 ft/min
• Industry 4.0: ความต้องการด้านการตรวจสอบย้อนกลับที่เพิ่มขึ้นในการผลิตอัจฉริยะทำให้การมาร์กด้วยเลเซอร์กลายเป็นกระบวนการพื้นฐานมากกว่าทางเลือกเสริม

คำถามที่พบบ่อย

สารเติมแต่งเลเซอร์แบบสองหน้าที่คืออะไร

คือระบบสารเติมแต่งชนิดเดียวที่รองรับทั้งการมาร์กด้วยเลเซอร์และการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบส่งผ่านในคอมพาวด์เดียวกัน สูตรเดียวช่วยให้ผู้ขึ้นรูปสามารถมาร์กชิ้นงานเพื่อการตรวจสอบย้อนกลับ และเชื่อมชิ้นงานนั้นเข้ากับชิ้นส่วนคู่ประกบได้ โดยไม่ต้องกำหนดวัสดุสองชนิดที่แตกต่างกัน

สารเติมแต่งเลเซอร์ต้องใช้ระดับการเติมเท่าใด

โดยทั่วไปอยู่ระหว่างประมาณ 0.01% ถึง 4.0% โดยน้ำหนักในชิ้นงานสำเร็จ ขึ้นอยู่กับพอลิเมอร์ เป้าหมายด้านสี และการที่คอมพาวด์นั้นใช้สำหรับการมาร์ก การเชื่อม หรือทั้งสองอย่าง ระดับการเติมที่ต่ำกว่าเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าเสมอ หากยังตอบข้อกำหนดด้านความคมชัดและการเชื่อมได้

เหตุใดสารเติมแต่งที่ปลอดโลหะหนักจึงกลายเป็นข้อกำหนด

หน่วยงานด้านสุขภาพและหน่วยงานกำกับดูแล รวมถึงลูกค้าองค์กรรายใหญ่ที่มีจำนวนมากขึ้น จำกัดการใช้โลหะหนักในพอลิเมอร์ที่ใช้กับผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภค ผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์ และผลิตภัณฑ์ที่สัมผัสอาหาร เคมีสารเติมแต่งรุ่นใหม่ให้ความคมชัดเทียบเท่าได้โดยไม่ต้องใช้โลหะหนักเหล่านั้น

การมาร์กด้วยเลเซอร์ทำงานได้เร็วเท่าใดบนสายการอัดรีด

สายการอัดรีดสายไฟและสายเคเบิลที่เดินเครื่องเร็วกว่า 2,000 ft/min จะถูกมาร์กขณะวัสดุเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่อง และสูตรสารเติมแต่งที่ปรับให้เหมาะสมช่วยเพิ่มความเร็วการมาร์กที่ทำได้จริงขึ้นอย่างน้อย 15% อัตราการผลิตขึ้นอยู่กับการตอบสนองของสารเติมแต่ง กำลังเลเซอร์ และปริมาณตัวอักษรที่ต้องมาร์ก

เหตุใดไฟเบอร์เลเซอร์อิตเทอร์เบียมจึงเป็นตัวเลือกที่นิยมสำหรับงานเหล่านี้

เลเซอร์กลุ่มนี้ให้คุณภาพลำแสงที่ดีเยี่ยมพร้อมความสว่างสูง โฟกัสได้ถึงขนาดจุดต่ำกว่า 20 ไมครอน จึงให้ความหนาแน่นพลังงานสูง รุ่น MOPA เพิ่มความสามารถในการปรับความกว้างพัลส์ ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้ควบคุมการเกิดฟองและการเกิดคาร์บอนได้อย่างละเอียด

บทความนี้เรียบเรียงจาก “Lasers Make Their Mark” โดย Mark Holmes ซึ่งเผยแพร่ครั้งแรกใน Compounding World ฉบับเดือนกุมภาพันธ์ 2017 เครดิตภาพ: PolyOne, The Sabreen Group

---