Plastik lazerle nasıl markalanır? Lazer katkı maddeleriyle plastik lazer markalama

Plastik lazerle nasıl markalanır? Lazer katkı maddeleriyle plastik lazer markalama

Temel çıkarımlar

• Poliamitler; malzeme özelliklerinin, kalıplama koşullarının ve lazer konfigürasyonlarının çeşitliliği nedeniyle markalanması en zor polimerler arasındadır.
• Kontrastı üç yüzey mekanizması oluşturur: karbonizasyonla siyah, köpük oluşumuyla beyaz ve pigmentli polimerlerde renk değişimi.
• En çok talep edilen kontrastlar siyah üzerine opak beyaz, beyaz üzerine simsiyah ve orta mavi üzerine opak beyazdır.
• Naylonlar dahil birçok polimerde MOPA darbe genişliği için ideal aralık 20 ns ila 50 ns'dir.
• Askeri, havacılık, otomotiv ve ilaç ürünlerinde sıklıkla A sınıfı doğrulama istenir.

SABREEN aşağıdaki plastik lazer markalama çözümlerini sunar:

• Özel lazer renk eşleştirme formülasyonları, mevzuata uygunluk, prototip numuneler
• Enjeksiyon kalıplama prosesi optimizasyonu, dispersiyon/dağılım, analitik testler
• Lazer ekipman sistemi tasarımı ve entegrasyonu, makine görüşü
• Yerinde sorun çözme, lazer prosesi optimizasyonu, vektörel çizim/grafikler
• Lazer güvenliği sertifikasyonu, lazer güvenliği görevlisi (LSO)

Bir sonraki projenizde plastik lazer markalama ihtiyaçlarınızı uzman ekibimize bırakın. Her müşterimizin, her koşulda güvenini ve içten bağlılığını kazanırız. Kültürümüz, üstün üretim çözümlerine ulaşmaya ve mükemmelliğe olan sarsılmaz bağlılığımızla teknolojide ilerlemeyi sağlamaya odaklanmıştır. Her SABREEN Group uzmanı kendi alanında tanınmış bir isimdir. BAŞARISIZLIK BİR SEÇENEK DEĞİLDİR!

Sıkça sorulan sorular

Plastik lazerle nasıl markalanır?

Yakın kızılötesi (NIR) bir lazer (iterbiyum fiber, vanadat veya Nd:YAG), polimerin absorbe edip ısıya dönüştürdüğü enerjiyi iletir ve üç yüzey değişiminden birini oluşturur: karbonizasyonla siyah markalama, köpük oluşumuyla beyaz markalama veya pigmentli polimerlerin termal kimyasal reaksiyonuyla renk değişimi. Çoğu polimerin lazeri absorbe edebilmesi için lazer artırıcı bir katkı maddesine ihtiyacı vardır.

Naylonu lazerle markalamak neden bu kadar zor?

Polifitalamitler dahil poliamitler; çeşitli malzeme özelliklerine, kalıplama koşullarına ve lazer konfigürasyonlarına sahiptir ve çoğu polimer gibi lazer ışığını kendiliğinden absorbe etmez; bu da renk değişimini engeller. Lazer artırıcı kimyasal katkı maddeleri kontrastı, hızı ve dayanıklılığı önemli ölçüde iyileştirir.

Naylonda en iyi hangi darbe genişliği çalışır?

MOPA lazerler 1 ns ile 250 ns ve üzeri arasında darbe genişlikleri üretir. The Sabreen Group, naylonlar dahil birçok polimer uygulamasında en iyi renk kontrastı için 20 ns ila 50 ns aralığının ideal olduğunu tespit etmiştir. Değişken kısa darbeli MOPA lazerler, aşırı karbonizasyondan kaçınılması gereken sıcaklığa duyarlı polimerlerde özellikle etkilidir.

Tipik katkı maddesi oranı nedir?

Nihai parçada ağırlıkça %0,01 ile %3,0 arasındadır. Granül form doğrudan reçineyle karıştırılır, toz form masterbatch'e dönüştürülür. Kontrastın tutarlı olup olmadığını belirleyen, her parça boyunca homojen dağılım ve dispersiyondur.

Markalama kalitesi data matrix kodları için neden önemlidir?

Çünkü veri dizisi uzadıkça veri hücreleri daha da sıkışır. Küçük hücrelerin doğrudan parça markalamada okunabilir olmasını sağlayan, yüksek çözünürlüklü çizgi kenarı kalitesidir. Askeri, havacılık, otomotiv ve ilaç uygulamalarında sıklıkla A sınıfı doğrulama istenir; yüksek kontrastlı kodlar ayrıca daha hızlı markalanır ve düşük maliyetli el tipi okuyucularla okunabilir.

Plastik lazer markalama: plastiklerde yüksek kontrastlı lazer markalama için eksiksiz çözümler

Naylon (poliamit) plastik ürünlerde yüksek kontrastlı lazer markalamaya olan talep, geniş endüstriyel uygulama yelpazesi nedeniyle hızla artmaktadır. İşlevsel ve dekoratif markalamalar arasında alfanümerik tanımlama, data matrix/QR görüntü kodları, diyagramlar ve mikro yapılar yer alır.

Polifitalamitler (PPA) dahil poliamitler; çeşitli malzeme özellikleri, kalıplama koşulları ve lazer konfigürasyonları nedeniyle lazerle markalanması en zor polimerler arasındadır. Yakın kızılötesi lazerler için akıllı katkı maddeleri, malzeme özelliklerini etkilemeden markalama kontrastı sorunlarını çözer ve markalama hızını (daha kısa çevrim süresi) artırır.

Bu makale; yüksek kontrastlı renk ve ekonomik lazer markalama operasyonları elde etmek için naylonları, kimyasal katkı maddelerini ve fiber lazerleri anlamanızı sağlar.

Markalama kalitesini tanımlayan temel bir parametre, markalanan yüzey ile altlık malzeme arasındaki renk kontrastıdır. İterbiyum fiber, vanadat (Nd:YVO4) ve Nd:YAG dahil NIR lazerlerle renk değişimi için üç yüzey mekanizması vardır: 1) karbonizasyonla siyah markalama, 2) köpük oluşumuyla beyaz markalama ve 3) pigmentli polimerlerin lazerle tetiklenen termal kimyasal reaksiyonlarıyla renk değişimi1. En çok talep edilen kontrast renkleri arasında siyah üzerine opak beyaz, beyaz üzerine simsiyah ve orta mavi üzerine opak beyaz yer alır. Bu renk kombinasyonları çoğunlukla kimyasal katkı maddeleri gerektirir. Katkı maddeleri renk kontrastının derecesini (lazer ışığının absorpsiyonunu) artırır; bu etki, optimum lazer seçimi ve markalama parametreleriyle daha da güçlenir.

Naylon (poliamit) nedir?

Poliamitler veya naylon, tekrarlayan amit bağları, yani –CO-NH– içeren başlıca mühendislik ve yüksek performanslı termoplastik sınıfıdır. Bunlar, aynı birimlerin yoğunlaşmasıyla; farklı birimler için ise kopolimerler yoluyla oluşur.

Naylon, bir diasidin bir diaminle polikondensasyonu veya altı, 11 ya da 12 karbon atomlu laktamların halka açılması polimerizasyonuyla üretilir2. Naylon monomerleri alifatik, yarı aromatik veya aromatik (aramid) olabilir ve yapıları amorf, yarı kristalin ve az ya da çok kristalinlikte değişebilir.

Alifatik poliamitler tamamen aromatik poliamitlerden çok daha büyük ölçekte üretilir ve mühendislik termoplastiklerinin en önemli sınıflarından biridir.

İki önemli poliamit, poli(heksametilen adipamit) (naylon 6,6) ve polikaprolaktam (naylon 6)'dır. Diğer alifatik poliamitler arasında naylon 12, 69, 6-10, 6-12, 46 ve 1212 bulunur. Naylon 11, yenilenebilir kaynaklardan (hint yağı bitkisi) elde edilen biyo bazlı bir mühendislik plastiğidir.

Alifatik amitlerin yoğunlaşmasıyla elde edilen yarı aromatik, yarı kristalin poliamitler arasında PA 6T ve PA 6I bulunur. Yarı aromatik poliamitler, daha pahalı olan tamamen aromatik aramidlere maliyet açısından uygun bir alternatif olmaktadır. Aramid adı verilen aromatik poliamitler, alifatik amitlere göre daha yüksek mukavemete, daha iyi solvent, alev ve ısı direncine ve daha fazla boyutsal kararlılığa sahiptir. Yaygın olarak bilinen bir aromatik amit, poli(p-fenilen tereftalamit) olan Kevlar'dır.

Polifitalamitler (PPA) dahil poliamitler; çeşitli malzeme özellikleri, kalıplama koşulları ve lazer konfigürasyonları nedeniyle lazerle markalanması en zor polimerler arasındadır.

Polifitalamit (PPA), poliamit (naylon) ailesindeki termoplastik sentetik reçinelerin bir alt grubudur; polimer zincirindeki tekrar eden birimin karboksilik asit kısmının mol olarak %55 veya daha fazlasının bu yapıdan oluşmasıyla tanımlanır. PPA yarı aromatik ve yarı kristalindir. PPA'lar, PA6,6 ve PA6 gibi alifatik naylonlar ile çok daha pahalı poliaramidler arasındaki performans boşluğunu doldurur.

“Akıllı” katkı maddeleri

Markalama kalitesini tanımlayan bir parametre, markalanan yüzey ile arka plan arasındaki renk kontrastıdır. Kontrast her zaman renk değişiminin kendisiyle sağlanmaz; değişken ışık kırınımıyla da elde edilebilir.

Aynı derecede önemli olan, markalama kalitesi ve/veya aslına uygunluktur; yani ince çizgi çözünürlüğü veya keskinliği. Naylonlar dahil birçok polimer lazer ışığını kendiliğinden absorbe etmez; bu da renk değişimini engeller. Lazer artırıcı kimyasal katkı maddeleri markalama kontrastını, hızını ve dayanıklılığını önemli ölçüde iyileştirir (bkz. Görsel 1). Karbon siyahı, TiO2 ve alev geciktiriciler gibi bileşikler değişen derecelerde lazer ışığı absorpsiyonuna sahip olduğundan altlık malzeme rengi bir faktördür.

Lazer katkı maddeleri pelet granül ve toz formda tedarik edilir. Granül ürünler doğrudan polimer reçineyle karıştırılır, toz formlar ise masterbatch'e dönüştürülür. Ağırlıkça yükleme konsantrasyonu (nihai parçada) genellikle %0,01 ile 3,0 arasındadır. Optimum renk kontrastı için lazer katkı maddelerinin her parça boyunca homojen dağılımı/dispersiyonu kritiktir.

Nihai renk eşleşmesi görünümünü elde etmek için pigmentler ve boyalar kullanılarak renk ayarları yapılır. Belirli katkı maddeleri, 21 CFR 178.3297 Polimerler için Renklendiriciler standardının A-H koşulları uyarınca gıda teması ve gıda ambalajı kullanımı için FDA onayı almıştır 1.

İterbiyum fiber lazerler

NIR iterbiyum fiber lazerler, endüstriyel markalama pazarına 2010'lu yıllarda girerek geleneksel YAG lazerlerin yerini aldı. Fiber lazerler üstün ışın kalitesine (M2) ve yüksek parlaklığa sahiptir ve küçük bir nokta boyutuna (20 mikrondan az) odaklanabilir; bu da yüksek enerji yoğunluğu sağlar. Fiber lazerler son derece çok yönlüdür, uygun maliyetlidir, tak-çalıştır özelliğine sahiptir ve neredeyse sıfır bakım gerektirir.

Sabit darbeli (Q-anahtarlamalı) ve değişken darbeli (MOPA) nanosaniye fiber lazerler, IPG Photonics ve SPI Lasers dahil çeşitli lazer şirketleri tarafından satılmaktadır. Genellikle 100 ila 150 ns darbe genişliğine sahip Q-anahtarlamalı fiber lazerler bazı polimer markalama uygulamalarında kullanılır, ancak Q-anahtarlama teknolojisinin doğal kısıtı nedeniyle tekrarlama hızları yaklaşık 80 kHz ile sınırlıdır.

Doğrudan modüle edilen MOPA (DM-MOPA) fiber lazerler, nanosaniye darbe genişliklerinde 500 kHz'e kadar tekrarlama hızlarında çalışır. Darbe genişliği [ns], darbenin başlangıcı ile bitişi arasındaki süre ölçüsüdür ve genellikle darbe şeklinin yarı maksimumdaki tam genişliğine (FWHM) dayanır.

Yüksek tekrarlama hızları genellikle (diğer lazer/dalga formu parametreleriyle birlikte) daha yüksek markalama hızına dönüşür. Dalga formlarında ve yüzey karbonizasyonu derecesinde önemli farklar vardır3 (bkz. Görsel 1).

Lazer ısı girdisinin ve ısı girdisi hızının yerel uzamsal ve zamansal kontrolü, maksimum performansı sağlar. Sıcaklığa duyarlı polimerlerde değişken kısa darbeli (MOPA) fiber lazerler, aşırı karbonizasyon olmadan yüksek kontrast elde etmede özellikle etkilidir.

Tıbbi uygulamalar için şeffaf plastiklerde yüzey altı markalama mümkündür. Genel olarak MOPA lazerler 1 ns ile 250 ns (ve üzeri) arasında darbe genişlikleri (darbe süresi) üretir. The Sabreen Group, naylonlar dahil birçok polimer uygulamasında en iyi renk kontrastı için 20 ns ila 50 ns aralığının ideal olduğunu tespit etmiştir.

Kozmetik ve işlevsel markalama kontrastında, doğrudan parça markalama (DPM) data matrix ve barkodu için yüksek çözünürlük, çizgi kenarı kalitesi ve küçük veri hücreleri gerektiğinde lazer katkı maddeleri kritik fark yaratır. Veri dizisi uzadıkça veri hücreleri daha da sıkışır.

Askeri, havacılık, otomotiv ve ilaç ürünlerinde sıklıkla A sınıfı doğrulama istenir. Yüksek kontrastlı kod okunabilirliğinin ek faydaları vardır: daha yüksek markalama hızları ve fabrika genelinde kullanılabilen düşük maliyetli el tipi okuyucular.

Sonuç

Kaynaklar

• Sabreen, S. Fiber Lasers: Selection and Additives, Plastics Decorating, November 2017.
• Polyamide (PA) Nylon Complete Guide, SpecialChem 2019.
• Brodsky, M. Wave Forms: A New Laser Tool, Optics & Photonics, March 2012.

Scott R. Sabreen, The Sabreen Group, Inc.'in kurucusu ve başkanıdır. Şirket; lazer markalama, yüzey ön işlemleri, yapıştırma, dekorasyon ve yüzey işleme ile ürün güvenliği alanlarında uzmanlaşmış, plastik ikincil işleme üzerine faaliyet gösteren bir mühendislik şirketidir. Sabreen, 30 yılı aşkın süredir öncü teknolojiler geliştirmekte ve üretim sorunlarını çözmektedir. Kendisine 972.820.6777 numaralı telefondan veya www.sabreen.com ya da www.plasticslasermarking.com adreslerinden ulaşılabilir.

---