Fiber lazerle naylon lazer markalama ve gravür

Fiber lazerlerle naylon (poliamit) plastikler nasıl lazer markalanır ve gravürlenir

Özet

Fiber lazer kullanıcıları naylonu markalamakta veya gravürlemekte güçlük çekmektedir. Yüksek kaliteli markalama kontrastı elde etmenin anahtarı, renk konsantresi ya da ön karışımlı (precompounded) malzeme kullanılması fark etmeksizin, kalıplama sürecinde naylon malzemeye lazer markalamayı güçlendiren katkı maddelerinin eklenmesidir. Naylon lazer markalamanın faydaları; benzersiz parça kimliklendirme, data matrix ve QR kodları ile kişiselleştirmeyi mümkün kılarak ateşli silahlar da dâhil birçok sektörü dönüştürmüştür.

Öne çıkan noktalar

• Modifiye edilmemiş naylon zayıf markalanır. Poliamit 1060-1070 nm'de çok az enerji emer; bu nedenle kontrast, lazer katkı maddelerine bağlıdır.
• En iyi kontrast eşleşmeleri; siyah üzerine opak beyaz, beyaz üzerine jet siyahı ve orta mavi üzerine opak beyazdır.
• MOPA iterbiyum fiber lazerler bu iş için doğru araçtır; yaklaşık 90 ns'nin altındaki darbe genişlikleri plastikler için uygundur.
• Katkı oranı ağırlıkça %0,01-3,0 aralığındadır; kontrastın tekrarlanabilir olmasını sağlayan şey, katkının her parçanın tamamında homojen dağılmasıdır.
• Cam elyaf takviyeli naylon daha da zordur — elyaf bakımından zengin yüzeyler kötü markalanır, bu nedenle reçine bakımından zengin yüzeyler şarttır.

Naylon plastikler; ateşli silahlar, otomotiv, elektrik ve elektronik, endüstriyel ürünler, tüketim malzemeleri ile petrol ve gaz dâhil geniş bir uygulama alanına sahiptir. Ancak naylonun (poliamit) — özellikle cam elyaf takviyeli naylonların — değişken fiziksel, kimyasal ve yüzey özellikleri, lazer markalama ve gravürü zorlaştırır. En yaygın kontrast renkleri siyah üzerine opak beyaz, beyaz üzerine jet siyahı ve orta mavi üzerine opak beyazdır. Lazer katkı maddeleri uygun pigment ve boyarmaddelerle birleştirildiğinde, düşük maliyetle üstün markalama kalitesi sağlar. Lazer katkı maddeleri; ABS, asetal (POM), PET, PVC, polikarbonat, polipropilen ve polietilen dâhil çok çeşitli plastikte kullanılır.

Naylon poliamitler

Naylon olarak da bilinen poliamitler, yüksek performanslı uygulamalarda kullanılan önemli bir termoplastik sınıfıdır. Yapılarında amit bağları, özellikle -CO-NH- grupları bulunur. Naylon, bir diaminin bir diasitle reaksiyona girdiği polikondenzasyon süreciyle ya da altı, on bir veya on iki karbon atomu içeren laktamların halka açılma polimerizasyonuyla sentezlenir. Naylon monomerleri alifatik, yarı aromatik veya aromatik (aramitler) olabilir; yapıları amorf ile yarı kristalin arasında ve daha yüksek veya daha düşük kristalinite derecelerinde değişebilir. İki önemli poliamit, poli(heksametilen adipamit) (naylon 6,6) ve polikaprolaktamdır (naylon 6). Alifatik poliamitler arasında naylon 12, 69, 6-10, 6-12, 46 ve 1212 yer alır. Naylon 11 olarak bilinen biyo-esaslı mühendislik plastiği ise yenilenebilir kaynaklardan, özellikle hint yağı bitkisinden elde edilir.

Lazer markalamada yüzey mekanizmaları

Lazerle markalanabilir plastikler, 1060 nm-1070 nm arasındaki yakın kızılötesi (NIR) dalga boyu aralığındaki lazer ışığını emme ve bunu ısı enerjisine dönüştürme yetenekleriyle tanımlanır. Yaygın üç lazer türü iterbiyum fiber (MOPA ve sabit darbeli), vanadat (Nd:YVO4) ve Nd:YAG'dır. Lazer türüne ve hedeflenen markalama kontrastına bağlı olarak; karbonlaşma (kömürleşme), kimyasal değişim ile köpüklenme ve renk değişimi gibi yüzey reaksiyonlarını oluşturmak için farklı kimyalar kullanılabilir. Markalama yazılımındaki ayarlar (güç, darbe tekrarlama frekansı ve markalama hızı) değiştirilerek aynı lazer tüm bu yüzey reaksiyonlarını gerçekleştirebilir. Sürekli dalga (CW) CO₂ lazerlerin dalga boyu 10,6 mikrondur (uzak kızılötesi spektrum). CW CO₂ lazerlerin tepe gücü daha düşüktür ve plastikler üzerinde yüksek kontrastlı markalama üretemezler.

Lazer katkı maddeleri

Çoğu polimerin bu dalga boyunda (NIR) emme özellikleri sınırlı olduğundan ve belirgin bir kontrast oluşturamadığından, uzmanlar emilimi artırmak ve yüksek kontrast kalitesi elde etmek için çeşitli katkı maddeleri, dolgular, pigmentler ve boyarmaddeler kullanır. Katkı maddeleri renk kontrastının derecesini (lazer ışığının emilimini) artırır; bu da doğru lazer seçimi ve optimum markalama parametreleriyle daha da iyileştirilir. Yaygın kanının aksine, tek ve evrensel bir katkı maddesi yoktur.

Bazı katkı maddeleri, doğal (renklendirilmemiş) altlık malzemenin opaklığının “grimsi” görünmesine neden olabilen antimon katkılı kalay oksit ve antimon trioksit karışımları içerir. Diğer katkı maddeleri alüminyum partikülleri, karışık metal oksitler veya özel bileşimler içerebilir. İstenen renk uyumu görünümünü elde etmek için pigment ve boyarmaddelerle renk düzeltmeleri yapılır. Belirli katkı maddeleri, 21 CFR 178.3297 Colorants for Polymers düzenlemesinin A-H koşulları kapsamında gıdayla temas ve gıda ambalajı uygulamalarında kullanılmak üzere FDA tarafından onaylanmıştır.

Lazer katkı bileşikleri granül pelet ve toz formda mevcuttur. Granül ürünler doğrudan polimer reçineyle karıştırılır; toz formlar ise masterbatch'e dönüştürülür. Nihai parçadaki ağırlıkça katkı oranı genellikle %0,01 ile %3,0 arasındadır. En iyi renk kontrastını elde etmek için lazer katkı maddelerinin her parçanın tamamında homojen biçimde dağıtılması gerekir.

Fiber lazerler

Nanosaniye iterbiyum fiber lazerler (MOPA ve sabit darbeli), üstün ışın kalitesi (M2) ve yüksek parlaklık (“radyans”) sayesinde plastiklerin markalanması, gravürlenmesi ve dağlanması için idealdir. Çok küçük bir odak noktasına (20 mikronun altında) odaklanabildikleri için yüksek enerji yoğunluğu sağlarlar. MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) lazerlerin önemli bir avantajı, darbe genişliğinin hassas biçimde ayarlanabilmesidir. Genellikle 90 nanosaniyenin altındaki düşük darbe genişliği, plastik malzemelerin markalanması için idealdir.

Lazer ışıma şiddeti (W/cm2) ve akı (J/cm2), plastik markalamada önemli parametrelerdir. Şiddet; darbe frekansı, lazer gücü, odak noktası boyutu ve darbe genişliğinden etkilenir. Akı ise ışın şiddeti, tarama hızı, darbe bindirmesi ve odak ışın çapından etkilenir. Darbe tekrarlama frekansı ve tepe güç yoğunluğu, markanın oluşmasında ve optimum kontrast ile hızın elde edilmesinde kritik parametrelerdir. Düşük frekansta yüksek tepe gücü, yüzey sıcaklığını hızla yükselterek malzemeyi buharlaştırır ve altlık malzemeye çok az ısı iletir. Darbe tekrarı arttıkça, daha düşük tepe gücü minimum düzeyde buharlaşma oluşturur ancak daha fazla ısı iletir. Güç ile darbe tekrarlama frekansının aritmetik eğrileri ters orantılıdır.

Sıkça sorulan sorular

Fiber lazerim naylonu neden net biçimde markalamıyor?

Poliamidin, iterbiyum fiber lazerlerin çalıştığı yakın kızılötesi bantta emilimi sınırlıdır; bu nedenle enerjinin büyük bölümü markayı oluşturan ısıl reaksiyona dönüşmez. Çözüm, daha yüksek lazer gücü değil, malzemenin içine karıştırılan ve lazer markalamayı güçlendiren bir katkı maddesidir.

Naylon lazer markalamada hangi katkı maddeleri kullanılır?

Antimon katkılı kalay oksit ve antimon trioksit karışımları yaygındır; ancak renklendirilmemiş altlık malzemelere grimsi bir ton verebilirler. Diğerleri alüminyum partikülleri, karışık metal oksitler veya özel bileşimler kullanır; nihai renk uyumunu tutturmak için pigment ve boyarmaddeler eklenir.

Lazerle markalanmış naylon, gıdayla temas eden parçalarda kullanılabilir mi?

Doğru katkı maddesiyle evet. Belirli katkı maddeleri, 21 CFR 178.3297 Colorants for Polymers düzenlemesinin A-H koşulları kapsamında gıdayla temas ve gıda ambalajı için FDA tarafından onaylanmıştır. Onayın, kullandığınız malzeme sınıfını ve katkı oranını kapsadığını doğrulayın.

Naylonda hangi darbe genişliğini kullanmalıyım?

Kısa darbeler kullanın. MOPA lazerde yaklaşık 90 nanosaniyenin altındaki genişlikler plastikler için uygundur; yüksek tepe gücü sağlayarak yüzey sıcaklığını hızla yükseltir ve altlık malzemeye çok az ısı iletir.

Cam elyaf takviyeli naylonu markalamak, dolgusuz naylona göre neden daha zordur?

Cam elyaflar yakın kızılötesini emmez ve ışını saçar; bu nedenle elyaf bakımından zengin yüzeyler zayıf ve tutarsız markalanır. Kalıplama, reçine bakımından zengin yüzeyler oluşturacak şekilde ayarlanmalıdır. Cam elyafın yüzeye çıkması ve lazer markalama konusuna bakın.

Scott R. Sabreen, plastik ikincil işleme süreçleri — yüzey ön işlemleri, yapıştırma, dekorasyon ve yüzey işleme, lazer markalama ve ürün güvenliği — alanında uzmanlaşmış bir mühendislik şirketi olan The Sabreen Group, Inc.'in kurucusu ve başkanıdır. 30 yılı aşkın süredir yeni teknolojiler geliştirmekte ve üretim problemlerini çözmektedir. Sabreen'e 972.820.6777 numaralı telefondan veya www.sabreen.com ile www.adhesionbonding.com adreslerinden ulaşabilirsiniz.

---