Marcatura laser di materie plastiche caricate con vetro e minerali: che cosa cambia con l’aggiunta di cariche

Marcatura laser di materie plastiche caricate con vetro e minerali: che cosa cambia con l'aggiunta di cariche

Punti chiave

• La carica di solito migliora il contrasto, perché assorbe e diffonde l'energia che il polimero di base trasmetterebbe.
• L'affioramento delle fibre è il difetto caratteristico: il polimero vaporizza a un'energia che il vetro non raggiunge.
• Meno energia e più passate è la correzione standard, non più potenza.
• I gradi caricati e non caricati della stessa resina richiedono ricette separate e una qualifica separata.

Gran parte delle indicazioni sulla marcatura laser è scritta come se un polimero fosse un materiale unico. In produzione raramente lo è. La maggior parte dei termoplastici ingegneristici che arrivano in una cella di marcatura contiene dal 10 al 50% di fibra di vetro, sfere di vetro, talco, mica o wollastonite, e tale carica modifica il risultato di marcatura più di quasi ogni altra variabile di formulazione, spesso in meglio, occasionalmente in modi che rovinano un processo altrimenti buono.

Perché la carica aiuta più spesso di quanto danneggi

La difficoltà fondamentale nella marcatura delle materie plastiche con un laser a fibra a 1064 nm è che la maggior parte dei polimeri assorbe a malapena a quella lunghezza d'onda. Il fascio attraversa il materiale anziché depositare energia in superficie. Qualsiasi componente della formulazione che assorba o diffonda lavora quindi a favore del marcatore, e la carica fa entrambe le cose.

Ecco perché le resine ingegneristiche caricate si marcano così spesso in modo accettabile direttamente dallo stampo, mentre i loro equivalenti naturali non caricati richiedono un additivo laser compoundato. Prima di specificare un additivo per un grado caricato, lo si marchi così com'è: il costo potrebbe essere già stato pagato dalla carica.

Affioramento delle fibre: il difetto caratteristico

Vetro e polimero non rispondono al laser alla stessa energia. Il polimero raggiunge la temperatura di decomposizione e vaporizza mentre il vetro, con un punto di fusione molto più alto, no. Ciò che resta è una marcatura con estremità di fibra che sporgono dalla superficie circostante: visivamente ruvida, tattile e, nelle applicazioni con codici, un problema di leggibilità perché le fibre sporgenti diffondono l'illuminazione del lettore.

L'istinto è aumentare la potenza per «ripulire». Peggiora le cose, asportando più polimero ed esponendo più fibra. Le correzioni che funzionano:

• Ridurre l'energia per passata e aggiungere passate. Diverse passate leggere asportano il polimero in modo più graduale e lasciano meno rilievo di un'unica passata aggressiva.
• Ridurre la durata dell'impulso dove la sorgente lo consente. Una sorgente MOPA impostata su impulsi brevi riduce la profondità termica e quindi la quantità di polimero perso attorno a ciascuna fibra.
• Puntare a un meccanismo di variazione di colore anziché di asportazione. Dove la carbonizzazione può produrre un contrasto adeguato senza asportare materiale, l'affioramento delle fibre scompare in gran parte.
• Considerare la posizione della marcatura. L'orientamento delle fibre segue il flusso, quindi una marcatura collocata dove le fibre corrono parallele alla superficie ha un aspetto migliore di una dove si presentano con l'estremità in vista.
• Accettarlo dove è solo estetico. Su una superficie nascosta che porta un codice di tracciabilità, una marcatura leggermente ruvida che viene classificata in modo accettabile non è un difetto.

Il contenuto di carica non è uniforme nel componente

Il fattore più spesso trascurato è che uno stampato «al 30% di vetro» non è al 30% di vetro ovunque. Lo stampaggio a iniezione produce una struttura pelle-nucleo: una pelle ricca di resina dove il fuso si è solidificato contro lo stampo, e un nucleo in cui la fibra si concentra. La marcatura rimuove o altera quella pelle.

Le conseguenze pratiche meritano di essere considerate in fase di progetto:

• La profondità della marcatura cambia ciò con cui il laser interagisce. Una marcatura molto superficiale vede soprattutto resina; una più profonda raggiunge il nucleo ricco di fibra e si comporta in modo diverso.
• Il contrasto varia con lo spessore di parete, perché varia lo spessore della pelle.
• La vicinanza al punto di iniezione conta. Orientamento e concentrazione delle fibre differiscono vicino al punto di iniezione, e le marcature collocate lì possono leggersi in modo diverso dalla stessa marcatura altrove.
• Le condizioni di stampaggio spostano il risultato. Temperatura del fuso e velocità di iniezione modificano lo spessore della pelle, quindi una ricetta di marcatura può derivare perché è derivato il processo di stampaggio, senza alcuna variazione di materiale.

Qualificare un grado caricato

• Marcare il materiale di produzione, con la carica, il colore e la frazione massima di rimacinato consentita di produzione. Il rimacinato conta di più nelle resine caricate, perché lavorazioni ripetute accorciano le fibre e modificano sia l'aspetto sia lo scorrimento.
• Eseguire una matrice potenza-velocità su una piastrina stampata, misurando L* in ogni cella anziché giudicare a occhio.
• Scegliere il centro della regione accettabile più ampia, non la cella di contrasto più alto: i gradi caricati variano da lotto a lotto e ciò che sopravvive è il plateau.
• Esaminare la superficie con ingrandimento, non solo per il contrasto. L'affioramento delle fibre è spesso invisibile a occhio nudo ed evidente a un lettore di codici.
• Classificare qualsiasi codice leggibile da macchina secondo ISO/IEC 15415 anziché ispezionarlo visivamente.
• Qualificare separatamente le varianti caricate e non caricate. Sono materiali diversi ai fini della marcatura, comunque li chiami la scheda tecnica.

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Domande frequenti

La carica di vetro rende le materie plastiche più facili o più difficili da marcare al laser?

Più facili, quanto a ottenere contrasto. La carica assorbe e diffonde l'energia che il polimero di base trasmetterebbe, ed è per questo che le resine ingegneristiche caricate si marcano spesso bene senza additivo laser mentre i loro equivalenti non caricati ne richiedono uno. Il compromesso è la qualità superficiale: la carica introduce l'affioramento delle fibre e una marcatura più ruvida, quindi la difficoltà si sposta dall'ottenere una marcatura all'ottenerne una pulita.

Come evito che le fibre di vetro compaiano nella marcatura?

Riduca l'energia per passata e usi più passate, anziché aumentare la potenza. Le fibre compaiono perché il polimero vaporizza a un'energia che il vetro non raggiunge, quindi asportare più polimero espone più fibra. Ridurre la durata dell'impulso aiuta dove la sorgente lo consente, e puntare a un meccanismo di variazione di colore anziché di asportazione di materiale evita in gran parte il problema dove il contrasto lo permette.

Perché la qualità della marcatura varia all'interno di uno stesso stampato caricato?

Perché il contenuto di carica non è uniforme nel componente. Lo stampaggio a iniezione produce una pelle ricca di resina sopra un nucleo ricco di fibra, e lo spessore della pelle varia con la sezione di parete, la vicinanza al punto di iniezione e il raffreddamento. La marcatura incide quella struttura a profondità diverse in punti diversi, quindi il laser interagisce di fatto con una composizione del materiale diversa a seconda di dove si trova la marcatura.

Posso usare la stessa ricetta per i gradi caricati e non caricati di una resina?

No. Si comportano come materiali diversi ai fini della marcatura indipendentemente da come li chiami la scheda tecnica, perché la carica modifica assorbimento, conducibilità termica e comportamento superficiale. Si qualifichi ciascuno separatamente e si consideri una variazione del dosaggio o del tipo di carica come una modifica che richiede riqualifica anziché una sostituzione minore.

Il rimacinato influisce sulla marcatura delle resine caricate?

Più che sulle resine non caricate. Lavorazioni ripetute spezzano le fibre rendendole più corte, il che modifica lo scorrimento, l'aspetto superficiale e il modo in cui la carica si distribuisce nella pelle. Si esegua lo screening alla frazione massima di rimacinato che la linea è autorizzata a impiegare e si consideri un aumento della frazione consentita come una modifica di processo anziché una decisione di acquisto.

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