Fiber lazerlerle PPS lazer markalama

Fiber lazerler kullanılarak PPS (polifenilen sülfür) lazer markalama

Özet

PPS (polifenilen sülfür) üzerinde markalama ve gravür işlemi çok zordur, çünkü bu malzeme lazerle ısıtıldığında yüksek sıcaklıklara dayanabilir. Renklendirici teknolojisinde, lazere özel karbon siyahlarında ve fiber lazerlerde yaşanan son gelişmeler, siyah cam elyaf takviyeli PPS üzerinde yüksek kontrastlı, açık renkli ve çizilmeye dayanıklı markalama yapılmasını mümkün kılmakta olup bu markalama Yellow Card ile sertifikalandırılmıştır. Bu önemli gelişme; otomotiv, havacılık-uzay/NASA MIL elektroniği, pompa ve vanalar, beyaz eşya ve daha birçok sektörde veri matrisi (data matrix), barkod, QR kod ve tekil parça kimliği markalamasını ve mikro markalamasını olanaklı hâle getirir. Sağlam ve çizilmeye dayanıklı markalar elde etmek için iterbiyum fiber lazerlerin kurulumu ve optiği hassasiyet gerektirir.

Önemli noktalar

• PPS ısıya dirençli olduğu için markalamaya da direnç gösterir. Yüksek sıcaklık kararlılığı, kontrastı oluşturan yüzey reaksiyonlarının tetiklenmesini zorlaştırır.
• MOPA iterbiyum fiber lazerler doğru tercihtir; darbe süresi 20–40 ns, darbe frekansı ise 100 kHz'in üzerinde olmalıdır.
• Çizilme dayanımını yüzey sıcaklığı kontrolü belirler. Yükselme ve düşme süreleri yanlış ayarlanırsa markalama izi sürtünmeyle silinir.
• Reçine bakımından zengin yüzeyler zorunludur. %30–40 cam elyaf takviyeli PPS'te camın yüzeye çıkması (glass emergence) düşük kaliteli markalar oluşturur.
• Tam kristalinite için 275–300 °F veya daha yüksek sıcaklıkta kalıplama yapın; aksi hâlde parça, kullanım sırasında boyutsal olarak değişir.

Optimum lazer markalama. Siyah cam elyaf takviyeli PPS üzerinde çizilmeye dayanıklı, yüksek kontrastlı ve açık renkli markalar oluşturmak için en iyi seçenek MOPA iterbiyum fiber lazerlerdir; çünkü bu lazerler darbe genişliğini ve odaklanmış güç yoğunluğunu hassas biçimde kontrol edebilir. Bu hassasiyet, 1060-1070 nm yakın kızılötesi dalga boyunda yüzeydeki kimyasal köpürme (foaming) prosesinin daha iyi kontrol edilmesini sağlar. En uygun darbe süresi 20 ile 40 nanosaniye arasındadır ve darbe frekansı 100 kilohertz'in üzerindedir. Yüzey sıcaklığını (yükselme ve düşme sürelerini) kontrol etmek için hassas bir lazer kurulumu gereklidir; aksi hâlde markalama kolayca kazınarak silinebilir.

PPS dahil cam elyaf takviyeli polimerlerde yüksek kaliteli lazer markalama elde etmek; sağlam bir enjeksiyon kalıplama prosesinin yanı sıra lazer için optimize edilmiş renklendiricilerin ve ön karışımlı (precompounded) malzemelerin iyi bir dispersiyonunu ve homojen dağılımını gerektirir. Cam elyaf ilavesi kalıplama proseslerini olumsuz etkileyebilir; bu da lazer markalama kalitesini etkiler. Sağlam bir markalama için parça yüzeylerinin reçine bakımından zengin olması gerekir. Cam elyaf bakımından zengin yüzeyler daha düşük kaliteli markalama sonuçları verir.

Polifenilen sülfür (PPS)

Polifenilen sülfür (PPS), yüksek sıcaklığa dayanıklı, yarı kristalin bir mühendislik termoplastiğidir. Sektörde PPS, metal gibi performans gösteren plastik olarak bilinir. PEEK ve LCP gibi diğer yüksek sıcaklık performans plastiklerinde olduğu gibi PPS'in özellikleri de kristalleşme davranışına bağlıdır. PPS'in iki farklı formu satılmaktadır: "dallanmış" (branched) moleküler yapı ve "lineer" (doğrusal) yapı. En bilinen markalar arasında Celanese Fortron®, Solvay Ryton®, SABIC Supec, Toray Torelina ve DIC PPS yer alır. Dallanmış tip daha rijit olma eğilimindedir. Lineer tip genellikle daha iyi mekanik ve eğilme mukavemetinin yanı sıra daha yüksek eriyik kararlılığı sunar. Lineer PPS ayrıca daha az iyonik safsızlık içerir. Standart PPS'e cam elyaf takviyesi (yüzde 30 ve yüzde 40) ile cam elyaf/mineral karışımlarının eklenmesi, özel ve zorlu uygulamalara imkân verir. Elektronik üreticileri, yalıtım ve konnektör ürünleri için yaygın olarak yüzde 40 cam elyaf takviyeli PPS'i tercih eder.

Tamamen kristalin bir yapıya ulaşmak için en az 275 ila 300 derece Fahrenheit kalıp sıcaklığı gereklidir. PPS 275 derece Fahrenheit'in altında kalıplandığında, kalıplanan parçalar amorf veya yarı kristalin olur ve daha yüksek servis sıcaklıklarına maruz kalana kadar bu durumda kalır. Servis sıcaklığı kalıplama sıcaklığını aşarsa parçalar daha kristalin hâle gelir; bu da boyutsal değişikliklere ve özellik değişimlerine yol açar.

Cam elyaf üretiminde kullanılan malzemeler silika, kireç taşı ve sodadır. Camı oluşturan ana malzeme silikadır; soda ve kireç taşı ise erime sıcaklığını düşürmek için kullanılır. "Camın yüzeye çıkması" (glass emergence), cam elyaf takviyeli enjeksiyonla kalıplanmış ürünlerde sık görülen ciddi bir yüzey kusurudur. Cam elyafların açıkta kalması, cam elyaf bakımından zengin bir yüzey oluşturur. Plastik eriyiğin kalıbı doldurması ve kalıplama sırasında yüzeyde fazla cam birikir. Yoğunlaşma ve kalıplamadan sonra yüzeyde beyaz izler belirir. Yüksek kaliteli markalama elde edebilmek için kalıplanmış parça yüzeylerinin "reçine bakımından zengin" olması gerekir; böylece lazerden gelen enerji polimer matrisiyle etkileşime girer. Buna karşılık cam elyaf bakımından zengin yüzeyler kötü markalanır ve elyaf içeriği arttıkça sorun büyür. Cam elyafın kendisi yakın kızılötesi (NIR) lazer ışığını iyi absorbe eden bir malzeme değildir.

Endüstriyel fiber lazerler

Nanosaniye iterbiyum fiber lazerler (MOPA ve sabit darbeli), üstün ışın kalitesi (M²) ve yüksek parlaklığı ("radyans") sayesinde plastiklerin markalanması, gravürü ve dağlanması için idealdir. Küçük bir spot çapına (20 mikronun altında) odaklanabildikleri için yüksek enerji yoğunluğu sağlarlar. MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) lazerlerin önemli bir avantajı, darbe genişliğinin hassas biçimde ayarlanabilmesidir. Plastik markalamada lazer ışınım şiddeti (W/cm²) ve akı (J/cm²) önemli parametrelerdir. Işınım şiddeti esasen lazer ışınının yoğunluğudur ve odaklanmış spot çapının bir fonksiyonudur. Akı ise malzeme yüzeyine aktarılan enerji miktarını belirler. Akı çok düşükse malzeme hiç etkilenmeyebilir. Çok yüksekse malzeme, istenen markalama etkisinin ötesinde aşırı hasar görebilir.

Markalama izinin oluşmasında, optimum kontrastın ve hızın elde edilmesinde lazer darbe tekrarlama frekansı ile tepe güç yoğunluğu kritik öneme sahiptir. Güç ile darbe tekrarlama frekansı arasındaki aritmetik eğriler ters orantılıdır. Düşük frekansta yüksek tepe gücü, yüzey sıcaklığını hızla yükseltir; altlık malzemeye çok az ısı iletirken malzemeyi buharlaştırır. Darbe tekrarlama frekansı arttıkça, düşen tepe gücü çok az buharlaşma oluşturur ancak daha fazla ısı iletir.

Daha fazla bilgi için The SABREEN Group ile iletişime geçin — en zorlu lazer markalama sorunlarınızı bize getirin!

Sıkça sorulan sorular

PPS'i lazerle markalamak neden bu kadar zor?

PPS, lazerin uyguladığı ısıya dayanan yüksek sıcaklıklı, yarı kristalin bir termoplastiktir; bu nedenle sıradan plastiklerde kontrast oluşturan karbonizasyon ve köpürme reaksiyonlarını tetiklemek çok daha zordur. PPS parçalarında yaygın olan cam elyaf takviyesi sorunu daha da büyütür.

Siyah cam elyaf takviyeli PPS üzerinde çizilmeye dayanıklı markalar hangi lazer ayarlarıyla elde edilir?

Darbe süresi 20 ile 40 nanosaniye arasında ve darbe frekansı 100 kHz'in üzerinde olan bir MOPA iterbiyum fiber lazerle. Yüzey sıcaklığının yükselme ve düşme sürelerini kontrol eden şey hassas kurulumdur; bu kontrol olmadan markalama kolayca çizilerek silinir.

Cam içeriği PPS üzerindeki markalama kalitesini etkiler mi?

Önemli ölçüde etkiler. Cam elyaf yakın kızılötesini absorbe etmediği için cam bakımından zengin yüzeyler kötü markalanır ve elyaf içeriği arttıkça sorun ağırlaşır. Elektronik konnektörlerde yaygın olarak %40 cam elyaf takviyeli PPS kullanılır; bu da reçine bakımından zengin yüzey oluşturmayı bir kalıplama önceliği hâline getirir.

PPS hangi kalıp sıcaklığını gerektirir?

Tamamen kristalin bir yapıya ulaşmak için en az 275 ila 300 °F. Bu sıcaklığın altında kalıplanan parçalar amorf veya yarı kristalin kalır; servis sıcaklığı kalıplama sıcaklığını aşarsa daha sonra kristalleşerek boyutsal değişikliklere ve özellik değişimlerine yol açar.

Lineer ve dallanmış PPS arasındaki fark nedir?

Dallanmış PPS daha rijit olma eğilimindedir. Lineer PPS genellikle daha iyi mekanik ve eğilme mukavemeti, daha yüksek eriyik kararlılığı ve daha az iyonik safsızlık sunar.

Scott R. Sabreen, plastik ikincil işleme proseslerinde — yüzey ön işlemleri, yapıştırma, dekorasyon ve yüzey işleme, lazer markalama ve ürün güvenliği — 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 ya da https://sabreen.com/solutions/plastics-laser-marking/ adresini ziyaret ederek ulaşabilirsiniz.

---