Marcação a laser de plásticos com carga de vidro e minerais: o que muda com a adição de carga

Marcação a laser de plásticos com carga de vidro e minerais: o que muda com a adição de carga

Principais conclusões

• A carga geralmente melhora o contraste, porque absorve e espalha energia que o polímero-base transmitiria.
• A exposição das fibras é o defeito característico: o polímero vaporiza em uma energia que o vidro não atinge.
• Menos energia e mais passadas é a correção padrão, e não mais potência.
• Grades com e sem carga da mesma resina precisam de receitas separadas e de qualificação separada.

Muita orientação sobre marcação a laser é escrita como se um polímero fosse um único material. Na produção, raramente é. A maioria dos termoplásticos de engenharia que chegam a uma célula de marcação traz de 10 a 50% de fibra de vidro, esfera de vidro, talco, mica ou wollastonita, e essa carga altera o resultado da marcação mais do que quase qualquer outra variável de formulação, muitas vezes para melhor, às vezes de modos que arruínam um processo que seria bom.

Por que a carga ajuda mais do que atrapalha

A dificuldade fundamental da marcação de plásticos com um laser de fibra de 1064 nm é que a maioria dos polímeros mal absorve nesse comprimento de onda. O feixe atravessa, em vez de depositar energia na superfície. Qualquer coisa na formulação que absorva ou espalhe, portanto, trabalha a favor da marcação, e a carga faz as duas coisas.

É por isso que resinas de engenharia com carga marcam de modo aceitável, direto do molde, com tanta frequência, enquanto seus equivalentes naturais, sem carga, precisam de um aditivo para laser incorporado. Antes de especificar um aditivo para um grade com carga, marque-o como está: o custo pode já ter sido pago pela carga.

Exposição das fibras: o defeito característico

Vidro e polímero não respondem ao laser na mesma energia. O polímero atinge sua temperatura de decomposição e vaporiza, enquanto o vidro, com ponto de fusão muito mais alto, não. O que resta é uma marca com pontas de fibra salientes em relação à superfície ao redor: visualmente áspera, perceptível ao tato e, em aplicações de código, um problema de legibilidade, porque as fibras em relevo espalham a iluminação do leitor.

O instinto é aumentar a potência para “limpar”. Isso piora, removendo mais polímero e expondo mais fibra. As correções que funcionam:

• Reduza a energia por passada e adicione passadas. Várias passadas leves removem o polímero de forma mais gradual e deixam menos relevo do que uma passada agressiva.
• Reduza a largura de pulso onde a fonte permitir. Uma fonte MOPA ajustada para pulsos curtos reduz a profundidade térmica e, portanto, a quantidade de polímero perdida ao redor de cada fibra.
• Busque um mecanismo de mudança de cor em vez de remoção. Onde a carbonização pode produzir contraste adequado sem ablação de material, a exposição das fibras praticamente desaparece.
• Considere a posição da marca. A orientação das fibras acompanha o fluxo, então uma marca posicionada onde as fibras correm paralelas à superfície fica melhor do que uma em que elas se apresentam de topo.
• Aceite-a onde for apenas estética. Em uma superfície oculta com um código de rastreabilidade, uma marca um pouco áspera que é classificada de modo aceitável não é um defeito.

O teor de carga não é uniforme na peça

O fator mais comumente ignorado é que uma peça moldada “com 30% de vidro” não tem 30% de vidro em toda parte. A moldagem por injeção produz uma estrutura pele-núcleo: uma pele rica em resina onde o fundido congelou contra o molde e um núcleo em que a fibra se concentra. A marcação remove ou altera essa pele.

Vale projetar em torno das consequências práticas:

• A profundidade da marca muda com o que o laser interage. Uma marca muito rasa encontra principalmente resina; uma mais profunda alcança o núcleo rico em fibra e se comporta de modo diferente.
• O contraste varia com a espessura de parede, porque a espessura da pele varia.
• A proximidade do ponto de injeção importa. A orientação e a concentração das fibras diferem perto do ponto de injeção, e marcas colocadas ali podem ser lidas de modo diferente da mesma marca em outro lugar.
• As condições de moldagem alteram o resultado. A temperatura do fundido e a velocidade de injeção mudam a espessura da pele, de modo que uma receita de marcação pode derivar porque o processo de moldagem derivou, sem nenhuma mudança de material.

Qualificação de um grade com carga

• Marque o material de produção, com a carga, a cor e a fração máxima permitida de material reciclado (regrind) da produção. O regrind importa mais em resinas com carga, porque o reprocessamento repetido encurta as fibras e altera tanto a aparência quanto o escoamento.
• Execute uma matriz de potência e velocidade em uma placa moldada, medindo o L* em cada célula em vez de julgar a olho.
• Escolha o meio da região aceitável mais ampla, e não a célula de maior contraste: grades com carga variam de lote para lote e é o patamar que sobrevive a isso.
• Examine a superfície sob ampliação, não só quanto ao contraste. A exposição das fibras costuma ser invisível a olho nu e óbvia para um leitor de código.
• Classifique qualquer código legível por máquina conforme a ISO/IEC 15415 em vez de inspecioná-lo visualmente.
• Qualifique as variantes com e sem carga separadamente. Para fins de marcação, são materiais diferentes, seja qual for o nome na ficha técnica.

Leitura relacionada

• Exposição de fibras de vidro: solução de problemas de marcação a laser em plásticos
• Plásticos marcáveis a laser
• Parâmetros de processo que afetam a qualidade da marcação
• Marcação a laser de polímeros com carga de vidro e moldagem por injeção
• Soluções de marcação a laser de plásticos

Precisa de ajuda com isso?

The Sabreen Group oferece suporte independente de engenharia para o desenvolvimento de marcação em resinas de engenharia com carga e reforçadas. Nossa equipe de serviços de engenharia trabalha com fabricantes em desenvolvimento de processos, qualificação de materiais e solução de problemas de produção. Fale conosco para discutir a sua aplicação.

Perguntas frequentes

A carga de vidro torna os plásticos mais fáceis ou mais difíceis de marcar a laser?

Mais fáceis, em termos de obter contraste. A carga absorve e espalha energia que o polímero-base transmitiria, e por isso resinas de engenharia com carga frequentemente marcam bem sem aditivo para laser, enquanto os equivalentes sem carga precisam de um. A contrapartida é a qualidade da superfície: a carga traz a exposição das fibras e uma marca mais áspera, de modo que a dificuldade passa de obter uma marca para obter uma marca limpa.

Como evitar que fibras de vidro apareçam na marca?

Reduza a energia por passada e use mais passadas, em vez de aumentar a potência. As fibras aparecem porque o polímero vaporiza em uma energia que o vidro não atinge, então remover mais polímero expõe mais fibra. Reduzir a largura de pulso ajuda onde a fonte permite, e buscar um mecanismo de mudança de cor em vez de remoção de material evita em grande parte o problema, quando o contraste permite.

Por que a qualidade da marca varia em uma mesma peça moldada com carga?

Porque o teor de carga não é uniforme na peça. A moldagem por injeção produz uma pele rica em resina sobre um núcleo rico em fibra, e a espessura da pele varia com a seção de parede, a proximidade do ponto de injeção e o resfriamento. A marcação corta essa estrutura em profundidades diferentes em lugares diferentes, de modo que o laser interage, na prática, com uma composição de material diferente conforme a posição da marca.

Posso usar a mesma receita para grades com e sem carga de uma resina?

Não. Eles se comportam como materiais diferentes para fins de marcação, seja qual for o nome na ficha técnica, porque a carga altera a absorção, a condutividade térmica e o comportamento da superfície. Qualifique cada um separadamente e trate uma mudança no teor ou no tipo de carga como uma mudança que exige requalificação, e não como uma substituição menor.

O regrind afeta a marcação em resinas com carga?

Mais do que nas sem carga. O reprocessamento repetido encurta as fibras, o que altera o escoamento, a aparência da superfície e o modo como a carga se distribui na pele. Faça a triagem na fração máxima de regrind que a linha pode usar e trate um aumento da fração permitida como mudança de processo, e não como decisão de compras.

---