저온 레이저 마킹

저온 레이저 마킹

핵심 요약

• 이 이름에는 서로 다른 두 가지 방식이 있습니다. 자외선 광화학 마킹과 초단펄스 비열 어블레이션입니다.
• 플라스틱에서 주류인 방식은 355 nm UV로, 소재를 가열하는 대신 폴리머 결합을 직접 끊습니다.
• 탄화, 변색, 그을음 없이 마이크론 단위의 해상도를 구현합니다.
• 의료용 임플란트, PCB, 박막, 정밀 플라스틱처럼 열이 허용되지 않는 곳에 필수적입니다.

저온 레이저 마킹

저온 레이저 마킹은 소재가 열화될 때까지 가열하는 대신, 단파장 자외선(일반적으로 355 nm)으로 화학 결합을 직접 끊어 폴리머에 마킹합니다. 이 공정은 흔히 비열 마킹 또는 광화학 마킹이라고 합니다. 문자 그대로 차가운 것은 아니지만 열영향부가 충분히 작아, 열에 민감한 부품도 용융, 탄화, 변형 없이 마킹할 수 있습니다.

물리적 원리

광자 에너지는 파장이 짧아질수록 커집니다. 1064 nm 적외선 광자는 약 1.2 eV로 공유 결합을 끊기에는 턱없이 부족하여 그 에너지가 그대로 열이 됩니다. 355 nm 자외선 광자는 약 3.5 eV로, 폴리머 주쇄의 탄소-탄소 결합 해리 에너지와 비슷합니다.

이 정도의 에너지에서는 흡수된 광자가 폴리머 사슬을 그대로 끊을 수 있습니다. 소재는 광분해 결합 절단으로 제거되거나 변화하며, 열적 성분은 미미합니다. 여기서 두 가지 결과가 따르며, 이것이 이 기술이 존재하는 이유의 전부입니다.

• 열영향부가 매우 작아 용융 테두리, 탄화 후광, 크레이징, 치수 변형이 없습니다.
• 대부분의 폴리머가 강하게 흡수합니다. 1064 nm에서는 사실상 투명한 폴리머도 포함하여 거의 모든 유기 폴리머가 UV에서 잘 흡수합니다. 따라서 레이저 첨가제를 컴파운딩하지 않고도 천연, 투명, 밝은 색 수지에 고대비 마킹을 할 수 있습니다.

저온 마킹과 적외선 마킹 비교

저온 마킹이 지정되는 분야

• 멸균 처리에 따른 기재 손상 없이, 그리고 생체적합성 승인을 복잡하게 만들 첨가제 없이 오토클레이브, 감마선 또는 EtO 멸균을 견뎌야 하는 UDI 마킹을 요구하는 의료 기기.
• 적외선 마킹으로는 부품이 변형되거나 천공될 수 있는 박육 및 필름 부품.
• 적외선 마킹으로는 대비가 거의 또는 전혀 나오지 않는 투명 및 밝은 색 폴리머 — 투명 및 투광 플라스틱 레이저 마킹을 참고하십시오.
• 머신 비전이 의존하는 셀 선명도를 좁은 열영향부가 유지해 주는 미세 코드와 마이크로 마킹.
• 규제, 식품 접촉 또는 광학 요건 때문에 흡수제 컴파운딩이 불가능한 무첨가 용도.

광원은 보통 주파수 3배 바나데이트(Nd:YVO4) 레이저입니다. 이 광원의 장점과 함께 더 높은 설비 비용, 낮은 처리량, 주파수 변환 광학계의 한정된 수명을 고려해야 합니다. 이미 열적으로 마킹이 잘 되는 착색 및 충전 엔지니어링 수지에는 파이버 레이저가 여전히 더 경제적인 답이며, 이 비교는 UV 레이저 마킹과 파이버 레이저 마킹 비교에서 자세히 다룹니다.

저온 마킹을 만드는 두 가지 방식

이 용어는 두 가지 서로 다른 기술을 포괄하며, 이를 혼동하면 저렴한 장비로도 충분히 가능한 작업에 고가의 장비를 지정하게 됩니다. 두 방식 모두 열에 의한 마킹을 피하지만 서로 다른 물리 원리로 이를 피합니다.

대부분의 폴리머 작업에서는 자외선 방식이 정답입니다. 초단펄스 시스템은 서브마이크론 형상, 하나의 층을 마킹하면서 다음 층을 건드려서는 안 되는 다층 필름, 표면 아래 손상이 있으면 안 되는 광학 부품처럼 특정 요건이 있을 때에 한해 정당화됩니다.

의료 기기에서 저온 마킹 검증하기

저온 마킹은 생체적합성 문제를 다시 불러일으킬 첨가제 없이 영구적인 고유 기기 식별자를 구현하므로, 다른 어떤 분야보다 의료 기기에 많이 지정됩니다. 이 때문에 마킹이 기기 마스터 레코드에 포함되므로 검증은 성공하는 것으로 끝나지 않고 문서화되어야 합니다.

• 완제품 기기 소재에, 최종 색상으로, 양산에서 실제로 사용될 분쇄 재사용 비율을 반영하여 마킹하십시오. 천연 색상 시편에서의 검증은 착색된 성형품에 대해 거의 아무것도 증명하지 못합니다.
• 코드를 육안으로 검사하지 말고 등급을 평가하십시오. 고유 기기 식별자는 기계로 판독되므로 합격 기준은 2차원 심볼에 대한 ISO/IEC 15415 기준으로 정해야 합니다. 최소 등급, 애퍼처, 조명은 작업자 지침뿐 아니라 검사 방법에 고정하십시오.
• 멸균 후에 다시 등급을 평가하십시오. 증기 오토클레이브, 감마선, 에틸렌옥사이드는 각각 폴리머 표면에 다르게 영향을 줍니다. 한 번이 아니라 검증된 전체 사이클 횟수를 거친 후 심볼의 등급을 평가하십시오.
• 표면 아래 손상이 없는지 확인하십시오. 특히 표면에서는 손상이 보이지 않을 수 있는 폴리카보네이트와 아크릴에서 마킹 아래의 크레이징이나 헤이즈를 확인하기 위해 시편을 절단하여 검사하십시오.
• 재검증 조건을 명확히 하십시오. 수지 로트 변경, 착색제 변경, 광원 출력 편차, 광학계 교체는 각각 마킹의 등급을 다시 평가해야 하는 이벤트로 명시해야 합니다.

저온 마킹 문제 해결

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자주 묻는 질문

저온 레이저 마킹이 “저온”인 이유는 무엇입니까?

의미 있는 열 없이 마킹이 이루어지기 때문입니다. 서로 다른 두 가지 메커니즘이 이를 가능하게 합니다. 355 nm 자외선 마킹은 광자 에너지가 폴리머 결합을 직접 끊을 만큼 커서 변화가 열이 아닌 광화학적입니다. 피코초 또는 펨토초 광원을 사용하는 초단펄스 마킹은 열이 상호작용 영역에서 확산되어 빠져나가는 속도보다 빠르게 에너지를 전달합니다. 어느 쪽도 문자 그대로 차가운 것은 아니지만, 두 경우 모두 열영향부가 충분히 작아 열에 민감한 부품이 의도한 마킹 영역 밖에서는 손상되지 않고 유지됩니다.

저온 레이저 마킹이 기존 레이저 마킹보다 우수합니까?

용도에 따라 다릅니다. 열 손상이 허용되지 않는 섬세하거나 열에 민감하거나 마이크로 스케일인 부품에서는 저온 레이저 마킹이 우수합니다. 견고한 기재에 대한 일반 양산 마킹에서는 기존의 열 마킹이 더 빠르고 훨씬 경제적입니다.

저온 마킹에는 어떤 레이저를 사용합니까?

플라스틱에서는 압도적으로 355 nm 주파수 3배 바나데이트 광원이 사용됩니다. 경제적인 방식이며 대부분의 폴리머를 첨가제 없이 마킹합니다. 피코초와 펨토초 광원도 광화학이 아니라 열 확산보다 빠르게 작동하여 저온 마킹을 만들며, 작은 자외선 열영향부조차 과한 경우나 기재가 자외선을 유용하게 흡수하지 않는 경우에 지정됩니다. 비용은 상당히 더 높습니다.

저온 레이저 마킹을 플라스틱에 사용할 수 있습니까?

예, 열에 의해 녹거나 변색되기 쉬운 플라스틱에 특히 적합합니다. 열 투입에 민감한 폴리이미드, 폴리카보네이트, ABS 같은 소재에 선명하고 대비가 높은 마킹을 만듭니다.

저온 레이저 마킹은 영구적입니까?

예. 만들어진 마킹은 영구적이고 내마모성이 있으며, 변화가 표면에 덧입혀진 것이 아니라 소재 자체에 만들어지므로 수분, 화학 물질, UV 노출의 영향을 받지 않습니다.

저온 마킹은 초단펄스 마킹과 같은 것입니까?

정확히 같지는 않습니다. 초단펄스 마킹은 저온 마킹을 만드는 두 가지 방식 중 하나입니다. 플라스틱에서 더 일반적인 방식은 355 nm 자외선 마킹으로, 열 확산보다 빠르게 작동하는 대신 광화학적으로 결합을 끊어 열을 피합니다. 피코초 및 펨토초 시스템도 비슷한 결과를 내지만 비용이 훨씬 높으며, 용도가 실제로 필요로 할 때 지정됩니다.

저온 마킹을 사용하면 레이저 첨가제가 필요 없습니까?

대체로 그렇지만 항상 그런 것은 아닙니다. 대부분의 폴리머는 1064 nm보다 자외선에서 훨씬 강하게 흡수하며, 이 때문에 파이버 레이저로는 마킹되지 않는 투명하고 밝은 색 수지가 자외선에서는 쉽게 마킹됩니다. 천연 폴리올레핀의 대비는 여전히 낮으므로, 고대비 코드가 필요한 경우에는 첨가제가 여전히 필요할 수 있습니다. 가정하지 말고 실제 양산 등급을 스크리닝하십시오.

의료 기기 UDI에 대한 저온 마킹은 어떻게 검증합니까?

심볼은 육안 검사가 아니라 ISO/IEC 15415에 따라 등급을 평가하고, 양산 색상의 완제품 기기 소재에 마킹하며, 검증된 전체 멸균 사이클 횟수를 거친 후 다시 등급을 평가하십시오. 수지 로트 변경, 착색제 변경, 광원 출력 편차, 광학계 교체를 재검증 조건으로 명시하십시오. 이 네 가지 모두 어떤 경보도 울리지 않은 채 마킹 대비를 변화시키기 때문입니다.

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