การมาร์กพลาสติกเสริมใยแก้วและแร่ด้วยเลเซอร์: อะไรเปลี่ยนไปเมื่อเติมสารตัวเติม

การมาร์กพลาสติกเสริมใยแก้วและแร่ด้วยเลเซอร์: อะไรเปลี่ยนไปเมื่อเติมสารตัวเติม

ประเด็นสำคัญ

• สารตัวเติมมักช่วยเพิ่มความคมชัด เพราะดูดกลืนและกระเจิงพลังงานที่พอลิเมอร์ฐานจะปล่อยให้ผ่าน
• การโผล่ของเส้นใยเป็นข้อบกพร่องเฉพาะตัว คือพอลิเมอร์ระเหยที่พลังงานซึ่งแก้วไม่ระเหย
• การแก้ไขมาตรฐานคือลดพลังงานและเพิ่มจำนวนรอบ ไม่ใช่เพิ่มกำลัง
• เกรดที่มีและไม่มีสารตัวเติมของเรซินเดียวกันต้องใช้สูตรแยกกัน และรับรองคุณสมบัติแยกกัน

คำแนะนำเรื่องการมาร์กด้วยเลเซอร์จำนวนมากเขียนราวกับว่าพอลิเมอร์เป็นวัสดุเดียว ในการผลิตแทบไม่เป็นเช่นนั้น เทอร์โมพลาสติกวิศวกรรมส่วนใหญ่ที่มาถึงเซลล์มาร์กมีใยแก้ว ลูกปัดแก้ว ทัลก์ ไมกา หรือวอลลาสโทไนต์ 10–50% และสารตัวเติมนั้นเปลี่ยนผลการมาร์กมากกว่าตัวแปรด้านสูตรเกือบทุกตัว มักเป็นไปในทางที่ดีขึ้น และบางครั้งทำลายกระบวนการที่ดีอยู่แล้ว

เหตุใดสารตัวเติมจึงช่วยมากกว่าทำร้าย

ความยากพื้นฐานของการมาร์กพลาสติกด้วยไฟเบอร์เลเซอร์ที่ 1064 nm คือพอลิเมอร์ส่วนใหญ่แทบไม่ดูดกลืนที่ความยาวคลื่นนี้ ลำแสงผ่านทะลุแทนที่จะถ่ายเทพลังงานที่ผิว สิ่งใดในสูตรที่ดูดกลืนหรือกระเจิงแสงจึงเป็นประโยชน์ต่อการมาร์ก และสารตัวเติมทำทั้งสองอย่าง

นี่คือเหตุที่เรซินวิศวกรรมเสริมสารตัวเติมมักมาร์กได้เป็นที่น่าพอใจตั้งแต่ออกจากแม่พิมพ์ ขณะที่เกรดธรรมชาติที่ไม่เสริมต้องผสมสารเติมแต่งเลเซอร์ ก่อนระบุสารเติมแต่งสำหรับเกรดที่มีสารตัวเติม ควรมาร์กตามสภาพที่เป็น เพราะต้นทุนอาจถูกจ่ายไปแล้วโดยสารตัวเติม

การโผล่ของเส้นใย: ข้อบกพร่องเฉพาะตัว

แก้วและพอลิเมอร์ไม่ตอบสนองต่อเลเซอร์ที่พลังงานเดียวกัน พอลิเมอร์ถึงอุณหภูมิสลายตัวและระเหย ขณะที่แก้วซึ่งมีจุดหลอมเหลวสูงกว่ามากไม่ระเหย สิ่งที่เหลือคือรอยมาร์กที่ปลายเส้นใยโผล่เหนือผิวโดยรอบ ดูหยาบ สัมผัสได้ และในงานรหัสเป็นปัญหาการอ่านเพราะเส้นใยที่ยกขึ้นกระเจิงแสงส่องสว่างของเครื่องอ่าน

สัญชาตญาณคือเพิ่มกำลังเพื่อ “ทำให้สะอาด” แต่ทำให้แย่ลง เพราะขจัดพอลิเมอร์มากขึ้นและเผยเส้นใยมากขึ้น การแก้ไขที่ได้ผลมีดังนี้

• ลดพลังงานต่อรอบและเพิ่มจำนวนรอบ หลายรอบเบา ๆ ขจัดพอลิเมอร์ทีละน้อยและทิ้งความต่างระดับน้อยกว่ารอบเดียวที่รุนแรง
• ลดความกว้างพัลส์เมื่อแหล่งกำเนิดทำได้ แหล่งกำเนิดMOPAที่ตั้งพัลส์สั้นลดความลึกทางความร้อน จึงลดปริมาณพอลิเมอร์ที่สูญเสียรอบเส้นใยแต่ละเส้น
• มุ่งไปที่กลไกการเปลี่ยนสี แทนการขจัดวัสดุ เมื่อการเกิดคาร์บอนให้ความคมชัดเพียงพอโดยไม่ต้องขจัดวัสดุ การโผล่ของเส้นใยแทบหายไป
• พิจารณาตำแหน่งรอยมาร์ก ทิศทางเส้นใยตามการไหล รอยมาร์กที่วางในตำแหน่งที่เส้นใยวิ่งขนานกับผิวจึงดูดีกว่าตำแหน่งที่เส้นใยหันปลายเข้าหา
• ยอมรับได้เมื่อเป็นเพียงเรื่องความสวยงาม บนผิวที่ซ่อนอยู่ซึ่งมีรหัสตรวจสอบย้อนกลับ รอยมาร์กที่หยาบเล็กน้อยแต่ผ่านเกรดที่ยอมรับได้ไม่ใช่ข้อบกพร่อง

ปริมาณสารตัวเติมไม่สม่ำเสมอทั่วชิ้นงาน

ปัจจัยที่พลาดบ่อยที่สุดคือชิ้นขึ้นรูป “แก้ว 30%” ไม่ได้มีแก้ว 30% ทุกที่ การขึ้นรูปด้วยการฉีดให้โครงสร้างผิว-แกนกลาง คือผิวที่มีเรซินมากที่ของหลอมแข็งตัวติดแม่พิมพ์ และแกนกลางที่เส้นใยกระจุกตัว การมาร์กขจัดหรือเปลี่ยนแปลงผิวนั้น

ผลที่ตามมาเชิงปฏิบัติควรออกแบบรองรับ

• ความลึกของรอยมาร์กเปลี่ยนสิ่งที่เลเซอร์มีอันตรกิริยาด้วย รอยมาร์กที่ตื้นมากพบส่วนใหญ่เป็นเรซิน ส่วนที่ลึกกว่าถึงแกนกลางที่มีเส้นใยมากและมีพฤติกรรมต่างออกไป
• ความคมชัดเปลี่ยนตามความหนาผนัง เพราะความหนาของผิวเปลี่ยน
• ความใกล้จุดเข้าพลาสติก (gate) สำคัญ ทิศทางและความเข้มข้นของเส้นใยต่างกันใกล้จุดเข้า และรอยมาร์กที่วางตรงนั้นอาจอ่านต่างจากรอยเดียวกันที่อื่น
• สภาวะการขึ้นรูปเปลี่ยนผลลัพธ์ อุณหภูมิของหลอมและความเร็วการฉีดเปลี่ยนความหนาผิว สูตรการมาร์กจึงอาจเคลื่อนเพราะกระบวนการขึ้นรูปเคลื่อน โดยไม่มีการเปลี่ยนวัสดุเลย

การรับรองคุณสมบัติเกรดที่มีสารตัวเติม

• มาร์กวัสดุที่ใช้ผลิตจริง ที่ปริมาณสารตัวเติม สี และสัดส่วนวัสดุบดนำกลับมาใช้ (regrind) สูงสุดที่อนุญาต วัสดุบดนำกลับมีความสำคัญมากกว่าในเรซินที่มีสารตัวเติม เพราะการแปรรูปซ้ำทำให้เส้นใยสั้นลงและเปลี่ยนทั้งรูปลักษณ์และการไหล
• ทำเมทริกซ์กำลัง-ความเร็วบนแผ่นขึ้นรูป โดยวัดค่า L* ในแต่ละช่องแทนการตัดสินด้วยตา
• เลือกกลางของพื้นที่ที่ยอมรับได้กว้างที่สุด ไม่ใช่ช่องที่ความคมชัดสูงสุด เกรดที่มีสารตัวเติมแปรผันตามล็อต และที่ราบคือสิ่งที่อยู่รอดจากความแปรผันนั้น
• ตรวจผิวภายใต้กำลังขยาย ไม่ใช่เพียงความคมชัด การโผล่ของเส้นใยมักมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า แต่ชัดเจนสำหรับเครื่องอ่านรหัส
• ให้เกรดรหัสที่เครื่องอ่านได้ตาม ISO/IEC 15415 แทนการตรวจด้วยสายตา
• รับรองคุณสมบัติรุ่นที่มีและไม่มีสารตัวเติมแยกกัน เป็นวัสดุที่ต่างกันสำหรับการมาร์ก ไม่ว่าเอกสารข้อมูลจะเรียกอย่างไร

บทความที่เกี่ยวข้อง

• การโผล่ของเส้นใยแก้ว: การแก้ปัญหาการมาร์กพลาสติกด้วยเลเซอร์
• พลาสติกที่มาร์กด้วยเลเซอร์ได้
• พารามิเตอร์กระบวนการที่ส่งผลต่อคุณภาพของรอยมาร์ก
• การมาร์กพอลิเมอร์เสริมใยแก้วด้วยเลเซอร์และการขึ้นรูปด้วยการฉีด
• โซลูชันการมาร์กพลาสติกด้วยเลเซอร์

ต้องการความช่วยเหลือในเรื่องนี้หรือไม่

The Sabreen Group ให้การสนับสนุนด้านวิศวกรรมอย่างเป็นอิสระสำหรับการพัฒนาการมาร์กบนเรซินวิศวกรรมที่มีสารตัวเติมและเสริมแรง ทีมบริการด้านวิศวกรรมของเราทำงานร่วมกับผู้ผลิตในการพัฒนากระบวนการ การรับรองวัสดุ และการแก้ปัญหาในสายการผลิต ติดต่อเราเพื่อหารือเกี่ยวกับการใช้งาน

คำถามที่พบบ่อย

สารตัวเติมแก้วทำให้มาร์กพลาสติกด้วยเลเซอร์ง่ายขึ้นหรือยากขึ้น

ง่ายขึ้นในแง่การได้ความคมชัด สารตัวเติมดูดกลืนและกระเจิงพลังงานที่พอลิเมอร์ฐานจะปล่อยให้ผ่าน จึงเป็นเหตุที่เรซินวิศวกรรมที่มีสารตัวเติมมักมาร์กได้ดีโดยไม่ต้องใช้สารเติมแต่งเลเซอร์ ขณะที่เกรดที่ไม่มีสารตัวเติมต้องใช้ ข้อแลกเปลี่ยนคือคุณภาพผิว สารตัวเติมนำมาซึ่งการโผล่ของเส้นใยและรอยมาร์กที่หยาบขึ้น ความยากจึงเปลี่ยนจากการได้รอยมาร์กเป็นการได้รอยมาร์กที่สะอาด

จะป้องกันไม่ให้เส้นใยแก้วปรากฏในรอยมาร์กได้อย่างไร

ลดพลังงานต่อรอบและใช้หลายรอบ แทนการเพิ่มกำลัง เส้นใยปรากฏเพราะพอลิเมอร์ระเหยที่พลังงานซึ่งแก้วไม่ระเหย การขจัดพอลิเมอร์มากขึ้นจึงเผยเส้นใยมากขึ้น การลดความกว้างพัลส์ช่วยได้เมื่อแหล่งกำเนิดทำได้ และการมุ่งไปที่กลไกการเปลี่ยนสีแทนการขจัดวัสดุหลีกเลี่ยงปัญหาได้เป็นส่วนใหญ่เมื่อความคมชัดเอื้ออำนวย

เหตุใดคุณภาพรอยมาร์กจึงต่างกันภายในชิ้นขึ้นรูปเดียวที่มีสารตัวเติม

เพราะปริมาณสารตัวเติมไม่สม่ำเสมอทั่วชิ้นงาน การฉีดขึ้นรูปให้ผิวที่มีเรซินมากเหนือแกนกลางที่มีเส้นใยมาก และความหนาผิวเปลี่ยนตามส่วนของผนัง ความใกล้จุดเข้าพลาสติก และการระบายความร้อน การมาร์กตัดเข้าไปในโครงสร้างนั้นที่ความลึกต่างกันในแต่ละที่ เลเซอร์จึงมีอันตรกิริยากับองค์ประกอบวัสดุที่ต่างกันตามตำแหน่งของรอยมาร์ก

ใช้สูตรเดียวกันกับเกรดที่มีและไม่มีสารตัวเติมของเรซินเดียวกันได้หรือไม่

ไม่ได้ ทั้งสองมีพฤติกรรมเป็นวัสดุที่ต่างกันสำหรับการมาร์ก ไม่ว่าเอกสารข้อมูลจะเรียกอย่างไร เพราะสารตัวเติมเปลี่ยนการดูดกลืน การนำความร้อน และพฤติกรรมของผิว ควรรับรองคุณสมบัติแต่ละเกรดแยกกัน และถือว่าการเปลี่ยนปริมาณหรือชนิดของสารตัวเติมเป็นการเปลี่ยนที่ต้องรับรองคุณสมบัติใหม่ ไม่ใช่การทดแทนเล็กน้อย

วัสดุบดนำกลับมาใช้ส่งผลต่อการมาร์กบนเรซินที่มีสารตัวเติมหรือไม่

มากกว่าเรซินที่ไม่มีสารตัวเติม การแปรรูปซ้ำทำให้เส้นใยหักสั้นลง ซึ่งเปลี่ยนการไหล รูปลักษณ์ผิว และวิธีที่สารตัวเติมกระจายตัวผ่านผิว ควรคัดกรองที่สัดส่วนวัสดุบดนำกลับสูงสุดที่สายการผลิตอนุญาต และถือว่าการเพิ่มสัดส่วนที่อนุญาตเป็นการเปลี่ยนกระบวนการ ไม่ใช่การตัดสินใจด้านจัดซื้อ

---