Materie plastiche marcabili al laser

Materie plastiche marcabili al laser

Punti chiave

• «Marcabile al laser» significa formulato per reagire, non semplicemente esposto a un laser: la risposta è progettata a monte.
• Le marcature sono permanenti e ad alto contrasto, resistono a usura, abrasione e agenti chimici senza materiali di consumo.
• PC, ABS, poliammide e polipropilene sono le famiglie marcabili al laser di riferimento.
• La tracciabilità guida l'adozione nei dispositivi medicali, nei componenti automotive e nell'elettronica.

Materie plastiche marcabili al laser

Le materie plastiche marcabili al laser sono polimeri che producono una marcatura permanente e ad alto contrasto quando esposti a un fascio laser, grazie alla propria chimica o, molto più spesso, a un additivo sensibile al laser compoundato nella resina. La marcabilità non è una proprietà fissa di una famiglia di polimeri. È una proprietà di un grado specifico, con i suoi coloranti, cariche e pacchetto di additivi.

Questa distinzione è la fonte più comune di delusione nei progetti di marcatura laser. «Il polipropilene si marca male» è una generalizzazione utile, ma un grado di polipropilene formulato correttamente si marca benissimo, mentre uno naturale non caricato si marca a malapena.

Perché la maggior parte dei polimeri resiste alla marcatura a 1064 nm

Il laser a fibra di riferimento emette nel vicino infrarosso a 1064 nm. Le strutture portanti dei polimeri assorbono poco a quella lunghezza d'onda: l'energia in gran parte attraversa il materiale anziché depositarsi in superficie. Qualcosa nella formulazione deve catturarla. Questo qualcosa è di solito:

• Nerofumo o un altro pigmento scuro;
• Fibra di vetro o carica minerale;
• Certi coloranti, ritardanti di fiamma o stabilizzanti che per caso assorbono; oppure
• Un additivo per marcatura laser progettato allo scopo.

Marcabilità relativa per famiglia di polimeri

Vie per rendere marcabile una resina

• Compoundare un additivo laser. La via industriale standard. Sono comuni l'ossido di stagno drogato con antimonio, i composti a base di bismuto e i pigmenti di mica; il contenuto è in genere abbastanza basso da non alterare in modo apprezzabile proprietà meccaniche o colore di base. Vedere additivi intelligenti migliorano la marcatura laser delle materie plastiche.
• Usare un masterbatch sensibile al laser. In pratica la stessa chimica fornita per la diluizione alla pressa di stampaggio: vedere masterbatch per marcatura laser.
• Cambiare la lunghezza d'onda. Una sorgente UV a 355 nm marca per via fotochimica molti polimeri senza alcun additivo, a costo maggiore e velocità inferiore.
• Sfruttare ciò che c'è già. I gradi caricati con fibra di vetro e pigmentati con nerofumo si marcano spesso in modo accettabile senza alcuna riformulazione.

Qualificare un materiale

Poiché la marcabilità appartiene al grado e non alla famiglia, la qualificazione deve sempre essere eseguita sul materiale di produzione effettivo, compreso il reale contenuto di colorante e una frazione di rimacinato realistica. Colore, contrasto e leggibilità del codice vanno misurati anziché giudicati a occhio, e la ricetta va validata su più lotti di resina prima del rilascio. Le considerazioni sono illustrate in parametri di processo che influenzano la qualità della marcatura.

Valutare una resina candidata

La marcabilità appartiene al grado, non alla famiglia, quindi la valutazione è un esercizio di misura e non un giudizio. Un protocollo di screening compatto che risponde alla domanda commerciale in una sola sessione:

• Stampare piastrine con il materiale reale: contenuto di colorante di produzione, carica di produzione e frazione di rimacinato che la linea utilizzerà davvero. Le piastrine naturali del fornitore lusingano quasi ogni grado.
• Eseguire una matrice potenza-velocità. Una griglia di cinque livelli di potenza contro cinque velocità di marcatura, con ogni cella come area etichettata su un'unica piastrina, mappa l'intera finestra di processo in un solo pezzo e richiede pochi minuti.
• Misurare ogni cella. Registrare L* dentro e fuori dalla marcatura con uno spettrofotometro. Leggere una matrice a occhio è esattamente il modo in cui una ricetta finisce sul bordo della propria finestra anziché al centro.
• Cercare il plateau, non il picco. La ricetta migliore è il centro della regione più ampia di contrasto accettabile, perché è quella che sopravvive alla variazione tra lotti. La singola cella di contrasto più alto è spesso il bordo di un precipizio.
• Controllare il lato inferiore della marcatura. Sezionare un campione. Un elevato contrasto superficiale ottenuto con formazione di schiuma o danno sottosuperficiale può compromettere una parete sottile.
• Ripetere su un secondo lotto di resina prima di rilasciare la ricetta. La variazione tra lotti nella dispersione del colorante sposta il contrasto più di quanto molti si aspettino.

Che cosa sposta la marcabilità all'interno di un singolo grado

Due lotti di un materiale nominalmente identico possono marcarsi in modo diverso. Queste sono le ragioni abituali, che vale la pena verificare prima di concludere che il materiale sia cambiato:

Definire i criteri di accettazione

Una specifica di marcabilità che dica che la marcatura deve essere leggibile non sopravvivrà a un audit del cliente né a una controversia con il fornitore. Tre numeri la rendono applicabile:

• Un valore minimo di contrasto: un ΔL* dichiarato tra marcatura e substrato, misurato con uno strumento e un'apertura definiti anziché valutato a occhio.
• Una classe minima del codice, dove la marcatura è letta da macchina, secondo ISO/IEC 15415 per i simboli bidimensionali o ISO/IEC 15416 per i codici a barre lineari, con illuminazione e apertura dichiarate insieme alla classe.
• Una condizione di durabilità legata al reale ambiente di esercizio: il ciclo di abrasione, l'esposizione a solventi, il metodo di sterilizzazione o gli agenti atmosferici che il pezzo incontrerà davvero. Le affermazioni di permanenza mai verificate rispetto alla condizione reale sono all'origine della maggior parte dei reclami sul campo.

Indicare nello stesso documento i fattori che impongono una nuova qualificazione: lotto di resina, colorante, frazione di rimacinato, cambio stampo e manutenzione della sorgente laser spostano tutti il risultato.

Termini correlati e letture consigliate

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Applicazione in produzione

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Domande frequenti

Che cosa rende una plastica «marcabile al laser»?

La formulazione. Il materiale è progettato per reagire in modo preciso ed efficiente al fascio laser, consentendo marcature permanenti ad alto contrasto senza inchiostri, etichette o contatto. La maggior parte dei polimeri di base non lo fa bene da sola.

Quali materie plastiche vengono marcate più comunemente con il laser?

Il policarbonato per trasparenza e stabilità; l'ABS, molto usato nell'elettronica di consumo; la poliammide o nylon, durevole e comune nell'automotive; e il polipropilene. Ognuno risponde in modo diverso e i gradi all'interno della stessa famiglia possono variare.

Quanto è durevole una marcatura laser?

È permanente e resistente a usura, abrasione e agenti chimici, perché il contrasto deriva da una modifica del polimero stesso e non da uno strato applicato. Non c'è inchiostro che si consumi né adesivo che ceda.

La marcatura laser richiede materiali di consumo?

No. È una parte importante del suo fascino: non si consumano inchiostri, solventi, etichette o lamine, il che elimina del tutto dalla fase di marcatura costi dei materiali, stoccaggio, scarti di cambio formato e smaltimento.

Lo stesso laser può marcare tutte le plastiche di un prodotto?

Raramente senza regolazioni. Polimeri diversi, e persino gradi diversi, assorbono in modo diverso, quindi un assemblaggio di materiali misti richiede di solito modifiche dei parametri per ciascun materiale e, talvolta, una diversa lunghezza d'onda o un additivo per i substrati difficili.

Come valuto la marcabilità di una resina senza una lunga sperimentazione?

Stampare piastrine con il materiale di produzione reale, quindi marcare su un'unica piastrina una griglia di cinque livelli di potenza contro cinque velocità e misurare L* in ogni cella con uno spettrofotometro. In questo modo si mappa l'intera finestra di processo con un solo pezzo. Scegliere il centro della regione accettabile più ampia anziché la singola cella di contrasto più alto, perché è il plateau a sopravvivere alla variazione tra lotti.

Perché due lotti dello stesso grado si marcano in modo diverso?

Di solito per dispersione del colorante, frazione di rimacinato o condizioni di stampaggio più che per il polimero di base. Temperatura del fuso e velocità di raffreddamento modificano la cristallinità superficiale e la lucentezza, e quindi il contrasto apparente anche quando la marcatura in sé è identica. Se una marcatura deriva e il certificato del materiale non è cambiato, esaminare il processo di stampaggio prima di regolare il laser.

Che cosa deve contenere una specifica di marcatura laser?

Un valore minimo di contrasto come delta L* dichiarato, con strumento di misura e apertura definiti; una classe minima del codice secondo ISO/IEC 15415 o 15416 dove la marcatura è letta da macchina, con illuminazione dichiarata; e una condizione di durabilità adeguata all'esercizio reale: l'effettiva esposizione ad abrasione, solventi, sterilizzazione o agenti atmosferici. Indicare anche i fattori di nuova qualificazione: lotto di resina, colorante, rimacinato, cambio stampo e manutenzione del laser.

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