การกัดผิวด้วยเลเซอร์

การกัดผิวด้วยเลเซอร์

ประเด็นสำคัญ

• การกัดผิวส่งผลเฉพาะชั้นผิวด้านบน โดยทั่วไปลึกเพียงไม่กี่ไมครอน
• อยู่ระหว่างการมาร์กกับการแกะสลัก คือลึกกว่าการเปลี่ยนสี แต่ตื้นกว่าการเอาวัสดุออก
• การเลือกเลเซอร์ขึ้นกับวัสดุ: เลเซอร์ CO₂ สำหรับพอลิเมอร์ ไฟเบอร์เลเซอร์สำหรับโลหะและพลาสติก และเลเซอร์ UV สำหรับความละเอียดสูง
• ต้องมีการดูดระบายไอ เพราะการหลอมและการกลายเป็นไอที่ผิวปล่อยผลพลอยได้ออกมา

การกัดผิวด้วยเลเซอร์

การกัดผิวด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการที่ผิวตื้น ซึ่งหลอมและเบียดชั้นบนสุดของพอลิเมอร์เล็กน้อย เปลี่ยนพื้นผิวและการสะท้อนแสงเพื่อสร้างรอยมาร์กที่มองเห็นได้ โดยทั่วไปลึกน้อยกว่า 0.025 mm อยู่ระหว่างการมาร์กที่ผิวซึ่งไม่เอาวัสดุออกเลย กับการแกะสลักซึ่งตัดเป็นร่องที่มีความลึกวัดได้

ความเปรียบต่างของรอยกัดผิวส่วนใหญ่มาจากการเปลี่ยนลักษณะผิวมากกว่าการเปลี่ยนสี ผิวขึ้นรูปมันเงาที่ถูกหลอมเฉพาะจุดแล้วแข็งตัวใหม่จะกระเจิงแสงแบบกระจาย และมองเห็นเป็นบริเวณสีอ่อน ด้านหรือฝ้า เมื่อเทียบกับผิวมันเงารอบข้าง บนพอลิเมอร์โปร่งใส ผลเดียวกันให้ลักษณะโปร่งแสงคล้ายฝ้า

ความแตกต่างในทางปฏิบัติ

เหมาะกับพลาสติกในกรณีใด

• พอลิเมอร์โปร่งใสและใส เช่น อะคริลิก พอลิคาร์บอเนต และ PET ใส ซึ่งรอยฝ้าอ่านได้ชัดโดยไม่ต้องใช้สารแต่งสีหรือสารเติมแต่ง นี่คือการใช้งานแบบคลาสสิก
• ลักษณะพื้นผิวป้องกันแสงสะท้อนและสัมผัสได้ ซึ่งบริเวณด้านมีหน้าที่ใช้งานไม่ใช่เพียงการตกแต่ง
• งานตกแต่งและสร้างแบรนด์บนชิ้นส่วนสินค้าอุปโภคบริโภคที่ขึ้นรูปผิวมันเงา
• ชิ้นส่วนที่ไวต่อความร้อน ซึ่งพลังงานต่ำของการสแกนตื้นรอบเดียวหลีกเลี่ยงการบิดเบี้ยวที่การแกะสลักจะก่อให้เกิด

ข้อจำกัดเป็นผลโดยตรงจากความตื้น คือรอยกัดผิวถูกขัดเงา ขัดถู หรือสึกหรอได้ง่ายกว่ารอยแกะสลัก สำหรับชิ้นส่วนที่เผชิญการขัดถูต่อเนื่อง การกัดกร่อนทางเคมี หรือรอบการทำความสะอาดที่รุนแรง การแกะสลักหรือรอยมาร์กแบบคาร์บอไนเซชันที่ใช้สารเติมแต่งจะอยู่ได้นานกว่า

การกัดผิวให้สะอาด

เนื่องจากกระบวนการทำงานในช่วงแคบเหนือเกณฑ์การหลอมเล็กน้อย จึงไวต่อพารามิเตอร์มากกว่าทั้งการมาร์กและการแกะสลัก พลังงานมากเกินไปเล็กน้อยจะเลื่อนเป็นการแกะสลักพร้อมครีบและความขุ่น พลังงานน้อยเกินไปเล็กน้อยจะให้รอยมาร์กที่ไม่สม่ำเสมอเป็นหย่อม แนวทางปฏิบัติ

• เริ่มด้วยกำลังต่ำและความเร็วการมาร์กสูง จากนั้นลดความเร็วทีละน้อยแทนการเพิ่มกำลัง
• ใช้อัตราการเกิดซ้ำสูงเพื่อให้พัลส์ซ้อนทับกันและสร้างพื้นที่ด้านสม่ำเสมอแทนหลุมแยกเดี่ยว
• บนชิ้นงานโปร่งใส ให้ยืนยันว่าลำแสงโฟกัสที่พื้นผิวตามที่ต้องการ เพราะโฟกัสทะลุวัสดุไปยังผิวด้านตรงข้ามได้ง่าย
• ระวังรอยแตกลายงาจากความเค้นบนพอลิคาร์บอเนตและอะคริลิก ซึ่งอาจปรากฏหลังการประมวลผลหลายชั่วโมงแทนที่จะเกิดทันที

สำหรับงานที่ไวต่อความร้อนและต้องการคุณภาพทางแสงสูง เลเซอร์ UV แวนาเดตให้รอยกัดผิวที่ละเอียดและสะอาดกว่าแหล่งกำเนิดอินฟราเรด เพราะปฏิกิริยาส่วนใหญ่เป็นแบบโฟโตเคมี ดูการมาร์กด้วยเลเซอร์เย็น

พารามิเตอร์ที่ควบคุมผลลัพธ์

การกัดผิวอยู่ในช่วงแคบเหนือเกณฑ์การหลอมเล็กน้อย ชุดพารามิเตอร์จึงให้อภัยน้อยกว่าทั้งการมาร์กและการแกะสลัก ต่อไปนี้คือตัวปรับและทิศทางที่แต่ละตัวผลักผลลัพธ์ไป

การแก้ไขปัญหารอยกัดผิวบนพอลิเมอร์

การกำหนดและตรวจสอบรอยกัดผิว

เนื่องจากรอยกัดผิวเป็นการเปลี่ยนพื้นผิวไม่ใช่การเปลี่ยนสี การตัดสินด้วยตาภายใต้แสงในโรงงานจึงไม่น่าเชื่อถือ รอยเดียวกันอาจสว่างชัดภายใต้แสงกระจายแต่แทบมองไม่เห็นภายใต้แสงทิศทางเดียว การวัดสามอย่างทำให้ข้อกำหนดเป็นรูปธรรม

• ความลึก ใช้การวัดด้วยหัววัดโพรไฟล์หรือกล้องจุลทรรศน์คอนโฟคอลเทียบกับค่าสูงสุดที่ระบุ การรักษาความลึกให้ต่ำกว่าประมาณ 0.025 mm คือสิ่งที่ทำให้กระบวนการอยู่ในการกัดผิวและไม่ล้ำเข้าสู่การแกะสลัก และมีความสำคัญกับชิ้นงานผนังบางที่รอยมาร์กรุกล้ำผนังโครงสร้าง
• ความเปรียบต่าง ต้องวัดจริง ค่า L* จากเครื่องสเปกโทรโฟโตมิเตอร์ภายในและภายนอกรอยมาร์ก เทียบกับ ΔL* ต่ำสุดที่ระบุ ผ่านการตรวจสอบได้ แต่การตัดสินว่าดูดีไม่ได้ หากรอยมาร์กเป็นรหัส ให้ให้เกรดตาม ISO/IEC 15415 สำหรับสัญลักษณ์สองมิติ หรือ ISO/IEC 15416 สำหรับบาร์โค้ดเชิงเส้น และระบุเกรดที่ยอมรับได้ในแผนควบคุม
• ความทนทาน รอยกัดผิวตื้นกว่ารอยแกะสลักและไม่ผ่านการทดสอบการขัดถูเร็วกว่า ให้รับรองตามสภาวะการใช้งานจริง เช่น รอบการขัดถูแบบ Taber ตารางการถูด้วยตัวทำละลาย หรือการสัมผัสกับออโตเคลฟ รังสีแกมมา หรือเอทิลีนออกไซด์ที่ชิ้นงานต้องเผชิญจริง

ควรกำหนดรูปทรงเรขาคณิตของแสงในข้อกำหนดการตรวจสอบควบคู่กับตัวเลขเกณฑ์ยอมรับ ระบบวิชันที่ให้เกรดรหัสกัดผิวได้ดีตอนตรวจสอบแต่ไม่ผ่านบนสายการผลิต เกือบทุกครั้งเกิดจากมุมการส่องสว่างที่ต่างกัน ไม่ใช่รอยมาร์กที่ต่างกัน

คำศัพท์และแหล่งอ่านที่เกี่ยวข้อง

• การมาร์กพลาสติกใสและโปร่งใสด้วยเลเซอร์
• การมาร์กอะคริลิกด้วยเลเซอร์
• การแกะสลักด้วยเลเซอร์
• โซลูชันการมาร์กพลาสติกด้วยเลเซอร์

การนำไปใช้ในการผลิตจริง

The Sabreen Group ให้การสนับสนุนด้านวิศวกรรมอย่างเป็นอิสระสำหรับการพัฒนาพารามิเตอร์การกัดผิวด้วยเลเซอร์บนพลาสติกโปร่งใสและพลาสติกที่ขึ้นรูปผิวมันเงา ไม่ว่าจะเป็นการกำหนดกระบวนการ การรับรองวัสดุ หรือการแก้ปัญหาในสายการผลิต ทีมบริการด้านวิศวกรรมพร้อมให้ความช่วยเหลือ ติดต่อเราเพื่อหารือเกี่ยวกับการใช้งาน

คำถามที่พบบ่อย

การกัดผิวด้วยเลเซอร์คืออะไร

เทคนิคการมาร์กที่สร้างรอยตื้นที่มองเห็นได้ด้วยการหลอมและทำให้ผิวกลายเป็นไออย่างควบคุม ไม่สัมผัสชิ้นงานและมีความแม่นยำ โดยทั่วไปให้รอยลึกเพียงไม่กี่ไมครอนสำหรับข้อความ โลโก้ และรหัสถาวร

การกัดผิวต่างจากการแกะสลักด้วยเลเซอร์อย่างไร

ความลึกและการเอาวัสดุออก การแกะสลักเอาวัสดุออกลึกกว่าเพื่อสร้างลักษณะที่เป็นร่อง ส่วนการกัดผิวส่งผลเฉพาะชั้นผิวด้านบน การมาร์กด้วยเลเซอร์ตื้นกว่านั้นอีก มักให้การเปลี่ยนสีหรือปฏิกิริยาที่ผิวโดยไม่เอาวัสดุออกเลย

เลเซอร์ชนิดใดเหมาะกับวัสดุใด

เลเซอร์ CO₂ ที่ 10.6 μm สำหรับพอลิเมอร์ ไม้ แก้ว และเซรามิกบางชนิด ซึ่งดูดกลืนได้ดี ไฟเบอร์เลเซอร์ที่ 1.06 μm สำหรับโลหะและพลาสติก ให้ความแม่นยำสูง เลเซอร์ UV ที่ 355 nm เมื่อต้องการความละเอียดสูงและผลกระทบจากความร้อนน้อยที่สุด

พารามิเตอร์ใดควบคุมคุณภาพการกัดผิว

กำลังเลเซอร์ควบคุมระดับการหลอมที่ผิวและความชัดของรอยมาร์ก ความยาวพัลส์ส่งผลต่อความเสียหายจากความร้อนและรายละเอียด โดยพัลส์ที่สั้นกว่าสะอาดกว่า ความเร็วการสแกนแลกเปลี่ยนระหว่างความร้อนสะสมกับความเปรียบต่าง ตำแหน่งโฟกัสกำหนดความเข้มข้นของพลังงานที่ผิว

คุณสมบัติของวัสดุใดที่มีผลต่อผลลัพธ์

จุดหลอมเหลว การดูดกลืนที่ความยาวคลื่นเลเซอร์ และการนำความร้อน การจัดการความร้อนมีความสำคัญเพื่อหลีกเลี่ยงการบิดเบี้ยวหรือการเปลี่ยนสี และต้องมีการระบายอากาศและดูดระบายไอที่เพียงพอเพื่อจัดการผลพลอยได้ที่เกิดขึ้น

รอยที่กัดผิวด้วยเลเซอร์ลึกเท่าใด และวัดอย่างไร

โดยทั่วไปน้อยกว่า 0.025 mm ซึ่งลึกพอที่จะเปลี่ยนพื้นผิว แต่ตื้นพอที่จะไม่ใช่ร่องที่ผ่านการตัดเฉือน ให้ยืนยันด้วยการวัดด้วยหัววัดโพรไฟล์หรือกล้องจุลทรรศน์คอนโฟคอล ไม่ใช่ด้วยการสัมผัส โดยเฉพาะบนชิ้นงานผนังบางที่ความลึกของรอยมาร์กกินเข้าไปในความหนาผนังโครงสร้าง

การกัดผิวด้วยเลเซอร์ทำให้ชิ้นงานอ่อนแอลงหรือไม่

ไม่บ่อยนักหากทำเพียงลำพัง เพราะความลึกที่ได้รับผลกระทบมีน้อย ความเสี่ยงเป็นทางอ้อม คือการกัดผิวผ่านจุดฉีด แนวเชื่อมประสาน หรือบริเวณที่มีความเค้นตกค้างสูงอื่นๆ อาจทำให้เกิดรอยแตกลายงาในพอลิคาร์บอเนตและอะคริลิก บางครั้งหลังการประมวลผลหลายชั่วโมง ไม่ใช่ทันที ควรมาร์กให้ห่างจากจุดรวมความเค้นที่ทราบ และอบอ่อนหรืออบแห้งชิ้นงานล่วงหน้าหากเกิดรอยแตกลายงา

รอยกัดผิวทนต่อการอบไอน้ำแรงดันและการทำความสะอาดด้วยสารเคมีได้หรือไม่

โดยทั่วไปทนได้ เพราะความเปรียบต่างเป็นการเปลี่ยนแปลงของพื้นผิวพอลิเมอร์ ไม่ใช่ชั้นที่ติดทับ แต่ตื้นกว่ารอยแกะสลัก จึงใกล้จะถูกขัดหายไปมากกว่าเมื่อทำความสะอาดรุนแรงซ้ำๆ ควรรับรองตามรอบการใช้งานจริง ทั้งวิธีการฆ่าเชื้อจริง สารเคมีทำความสะอาดจริง และจำนวนรอบจริง แทนการสันนิษฐานว่าถาวร

---