Como colorantes e pigmentos alteram os resultados da marcação a laser

Como colorantes e pigmentos alteram os resultados da marcação a laser

Principais conclusões

• O colorante frequentemente decide a marca, mais do que o polímero-base.
• O negro de fumo absorve fortemente em 1064 nm, de modo que grades pretos muitas vezes marcam sem nenhum aditivo.
• Alguns pigmentos orgânicos clareiam ou mudam de cor sob o feixe, produzindo marcas que ninguém especificou.
• Cada cor é uma qualificação separada. Uma receita comprovada em uma cor de um grade não se transfere para outra.

Pergunte por que uma marca a laser falhou e a resposta mais comum será o polímero. Pergunte o que realmente mudou entre a amostra que funcionou e a produção que não funcionou, e a resposta muito mais frequente é a cor. Os colorantes estão presentes em baixas concentrações e raramente são discutidos em especificações de marcação, mas costumam dominar o resultado.

Três maneiras pelas quais um colorante altera o resultado

O terceiro mecanismo é o que surpreende as pessoas. Espera-se normalmente que uma marca escureça ou clareie o substrato; onde o próprio pigmento se decompõe, a cor da marca é definida pelo que o pigmento se torna, o que pode não ser nem uma coisa nem outra.

Comportamento por tipo de colorante

• Negro de fumo. Um forte absorvedor em 1064 nm mesmo em baixa concentração. Grades pretos, portanto, frequentemente marcam sem aditivo para laser, o que vale verificar antes de especificar um. A dificuldade no preto é o oposto: produzir uma marca clara, o que exige formação de espuma e geralmente uma fonte MOPA.
• Dióxido de titânio (branco). Muito opaco e espalhador. Fornece excelente contraste de fundo para uma marca escura, mas reflete e espalha o feixe, de modo que pode ser necessária mais energia para atingir o limiar de marcação. Altas concentrações de TiO2 podem tornar um grade mais difícil de marcar, apesar do contraste atraente.
• Pigmentos inorgânicos: óxidos de ferro, ultramarinos, óxidos metálicos mistos. Em geral termicamente estáveis, sobrevivem ao evento de marcação e se comportam de forma previsível. Muitos absorvem de modo útil.
• Pigmentos orgânicos e corantes. O grupo menos previsível. Muitos se decompõem nas temperaturas de marcação, clareando para um tom mais claro ou mudando de matiz. Isso pode ser explorado deliberadamente, mas com muito mais frequência produz um resultado indesejado em uma cor escolhida pela aparência, e não pelo processamento.
• Pigmentos perolados e de efeito. Efeitos à base de mica tanto espalham a luz quanto respondem ao feixe, e interferem na medição de contraste porque a leitura muda com o ângulo de visão.
• Colorantes fluorescentes. Frequentemente sensíveis ao calor, e a fluorescência pode se perder na marca e ao redor dela, deixando um halo visível bem além do elemento pretendido.

Por que cada cor precisa de sua própria qualificação

É comum qualificar uma receita de marcação em uma cor de um grade e liberá-la para toda a família de cores. Essa prática produz problemas de forma confiável, porque o pacote de pigmentos difere entre as cores em concentração, química e estabilidade térmica. Uma receita ajustada para um grade natural é aplicada a um azul e produz uma marca fraca; ajustada para preto e aplicada a branco, ela queima.

Uma abordagem defensável se parece com isto:

• Trate a cor como parte da especificação do material, e não como uma variante estética. A receita de marcação é qualificada por grade e cor.
• Faça a triagem de cada cor de produção com uma matriz de potência e velocidade, medindo o L* em vez de julgar a olho.
• Registre uma receita separada por cor e a recupere, em vez de ajustar manualmente na troca.
• Refaça a correspondência do padrão de cor com qualquer aditivo para laser presente. A cor aprovada em resina não modificada não se manterá depois que um absorvedor for incorporado.
• Defina a mudança de colorante como gatilho de requalificação, inclusive a troca de fornecedor de pigmento na mesma cor nominal.

Como diagnosticar um problema de marcação causado pela cor

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Perguntas frequentes

Por que a mesma resina marca de forma diferente em cores diferentes?

Porque o pacote de pigmentos difere em concentração, química e estabilidade térmica entre as cores, e os pigmentos interagem diretamente com o feixe. O negro de fumo absorve fortemente, o dióxido de titânio espalha e muitos pigmentos orgânicos se decompõem nas temperaturas de marcação. O polímero-base é idêntico; o que o laser realmente encontra não é.

Plásticos pretos precisam de aditivo para laser?

Muitas vezes não. O negro de fumo é um forte absorvedor em 1064 nm mesmo em baixa concentração, de modo que grades pretos frequentemente marcam bem sem nenhum aditivo, o que vale testar antes de pagar por um. O problema mais difícil no preto é produzir uma marca clara, que exige formação de espuma em vez de carbonização e geralmente uma fonte MOPA com largura de pulso curta.

Uma receita de marcação pode ser compartilhada entre cores do mesmo grade?

Não deveria. Qualificar em uma cor e liberar para toda a família é uma prática comum e uma fonte confiável de problemas de produção, porque uma receita ajustada para preto queimará o branco e uma ajustada para natural mal marcará um grade pigmentado. Registre e recupere uma receita separada por cor e trate a mudança de colorante, inclusive a troca de fornecedor na mesma cor nominal, como gatilho de requalificação.

Por que minha marca saiu de uma cor totalmente errada?

Muito provavelmente um pigmento orgânico se decompondo sob o feixe, e não o polímero se degradando. A cor da marca é então determinada pelo que o pigmento se torna, que pode ser mais claro, um matiz diferente ou simplesmente imprevisível. Onde a cor permitir, substituir por um pigmento inorgânico termicamente estável resolve; onde não permitir, a energia de marcação precisa ser reduzida o suficiente para deixar o pigmento intacto.

Como medir o contraste em um grade perolado ou de efeito metálico?

Com a geometria de medição fixada e declarada no método de inspeção, porque pigmentos de efeito mudam de aparência com o ângulo de visão e a iluminação. Sem isso, fornecedor e cliente obterão, legitimamente, leituras diferentes da mesma peça. Fixe a geometria antes de acordar uma tolerância, e não após a primeira disputa.

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