Yüzey ön işlemleri ve özel mürekkepler, plastik ve filmlerde mürekkep püskürtmeli baskıyı ileriye taşıyor

Yüzey ön işlemleri ve özel mürekkepler, plastik ve filmlerde mürekkep püskürtmeli baskıyı ileriye taşıyor

Plastikler üzerinde mürekkep püskürtmeli baskı ve plastik üzerine lazer gibi dijital baskı teknolojileri, pad baskı, sıcak damgalama, serigrafi gibi geleneksel analog yöntemlere kıyasla üreticilere çok büyük avantajlar sunar. Dijital baskı; tam ürün kişiselleştirme, benzersiz alfanümerik parça tanımlama, ürün güvenliği, seri numaralandırma, barkod/2D kodlar, logolar, grafikler ve daha fazlasını mümkün kılar. Bu yetenekler, günümüzün dijital ve etkileşimli dünyası için vazgeçilmezdir. Dolaylı bir fayda ise monte edilmiş ürünlerin üretim operasyonlarının sonunda basılabilmesidir; bu da maliyet tasarrufu ve daha iyi stok kontrolü sağlar. Bu makale iki tür dijital baskı/markalama yöntemini inceler: tam renkli piezoelektrik damla-talebi (DOD) mürekkep püskürtmeli baskı ve ışın yönlendirmeli fiber lazer markalama. Piezoelektrik damla-talebi (DOD) mürekkep püskürtme ve fiber lazer, ürün (ve seri) kişiselleştirmede sayısız avantaj sunan modern teknolojilerdir.

Piezoelektrik DOD mürekkep püskürtmeli baskı ile ışın yönlendirmeli fiber lazer markalama, her ikisi de dijital ve temassız proseslerdir. Birçok üretici, farklı polimer altlık malzemelerde özel baskı gereksinimlerini karşılamak için her iki teknolojiyi birlikte sunmanın değerini zaten fark etmiştir. Uygulama gereksinimlerinin çeşitliliği nedeniyle iki teknolojiden birini diğerinden daha iyi ya da daha kötü olarak nitelendirmek doğru olmaz. Belirli bir uygulama için hangi prosesin tercih edileceği kararı ilk bakışta kolay görünebilir. Örneğin cam elyaflı beyaz naylon üzerine bir veya daha fazla (özel) renk basmak gerekiyorsa mürekkep püskürtme seçilir. Beyaz naylon üzerinde silinmez, simsiyah bir kontrast gerekiyorsa lazer markalama seçilir. Ancak gerçekte mürekkep püskürtme mürekkepleri, özel mürekkep ve ön işlem olmadan naylona (veya düşük yüzey enerjili polimerlerin çoğuna) kolayca yapışmaz. Beyaz naylonda (ve birçok açık renkli polimerde) siyah kontrast elde etmek için lazer güçlendirici katkı maddeleri gerekir.

Sağlam markalama/baskı çözümleri; mürekkep/lazer kimyasının, polimer yüzey biliminin, proses tasarımının ve ekipmanın hassas biçimde mühendisliğini gerektirir. Şirketler çoğu zaman gerekli sonuçları vermeyen, hazır ve genel amaçlı ekipman satın almayı tercih eder. Bu nedenle mürekkep püskürtmeli baskı ve lazer markalama teknolojilerinin “toplam çözüm” yönleri, sistem tedariki ve proses optimizasyonu için bir kılavuz olarak büyük önem taşır.

Temel çıkarımlar

• Mürekkep püskürtme ve lazer birbirinin rakibi değil, tamamlayıcısıdır. Hiçbiri her durumda daha iyi değildir; belirleyici olan uygulamadır.
• Mürekkep yapışması bir yüzey enerjisi sorunudur. Altlık malzemenin yüzey enerjisini mürekkebin yüzey geriliminden yaklaşık 10 dyne/cm yüksek tutmayı hedefleyin.
• UV LED kürleme cıva lambalarının yerini aldı: anında açılıp kapanma, 20.000+ saat ömür, IR ısınması yok ve çok daha az ozon.
• Lazer markalama katkı maddeleri gerektirir, çünkü çoğu polimer kendi başına yakın kızılötesi absorpsiyonuna sahip değildir.
• Hazır ekipman, sık görülen hata noktasıdır. Özellikle mürekkep püskürtme; yazıcı kafası, mürekkep, kürleme, ön işlem ve parça besleme arasında entegrasyon gerektirir.

Sık sorulan sorular

Plastik parçalar için mürekkep püskürtmeli baskı mı, lazer markalama mı seçmeliyim?

Bir veya daha fazla renk gerekiyorsa mürekkep püskürtme; silinmez, yüksek kontrastlı tek renkli markalar gerekiyor ve sarf malzemesi istenmiyorsa lazer tercih edilir. Uygulamada karar nadiren bu kadar basittir: mürekkep püskürtme mürekkepleri, özel mürekkep ve ön işlem olmadan naylona ve diğer düşük yüzey enerjili polimerlere yapışmaz; lazer markalama ise açık renkli polimerlerde kontrast elde etmek için güçlendirici katkı maddeleri gerektirir.

UV mürekkep püskürtme mürekkebi plastik parçalarıma neden yapışmıyor?

Yüzey enerjisi nedeniyle. UV mürekkeplerin yüzey gerilimi düşüktür, yaklaşık 25 dyne/cm; çoğu mühendislik plastiği ise kimyasal olarak inert, gözeneksiz ve düşük enerjilidir. Kabul edilebilir yapışma için genellikle altlığın mürekkepten yaklaşık 10 dyne/cm daha yüksek olması gerekir. Yüzey ön işlemi bu farkı kapatır.

UV LED kürlemenin cıva lambalarına göre avantajları nelerdir?

UV LED, 395 nm civarında ortalanmış dar bir bant yayar; dolayısıyla enerjinin neredeyse tamamı foto-başlatma için kullanılır. Anında açılıp kapanır, 20.000 saatin üzerinde ömre sahiptir (UV lambanın yaklaşık on katı), ısıya duyarlı plastiklere uygun olacak şekilde kızılötesi yaymaz ve çok daha az ozon üretir.

Gri tonlamalı mürekkep püskürtme nedir ve neden önemlidir?

Standart mürekkep püskürtme ikilidir: her piksel ya bir damla alır ya da almaz. Gri tonlamalı yazıcı kafaları, tek bir nokta olarak baskı yapacak kadar hızlı biçimde birden fazla küçük damla püskürtür; gelişmiş kafalar sekiz seviye sunar. Sonuç, aynı doğal kafa çözünürlüğünden belirgin biçimde daha yüksek görünür çözünürlüktür.

Hazır mürekkep püskürtme sistemleri plastiklerde neden sıklıkla başarısız olur?

Çünkü hiçbir üretici tüm bileşenleri tek başına sağlamaz. Çalışan bir sistem; yazıcı kafasını, sürücü elektroniğini, mürekkepleri, parça beslemeyi, hareket kontrolünü, kürleme ışınlayıcısını ve dosya protokolü yazılımını entegre eder. Pad baskı veya serigrafiden farklı olarak eksiksiz bir anahtar teslim paket yoktur; bu nedenle bileşen uyumluluğunun mühendislikle sağlanması gerekir.

Piezoelektrik “damla-talebi” UV LED mürekkep püskürtme teknolojisi

Mürekkep püskürtme; mürekkep damlacıklarının dijital bir dosyadan türetilen düzenli bir x-y piksel deseninde altlığa doğru fırlatıldığı, temassız ve bilgisayardan baskıya bir prosestir. Ana sistem bileşenleri; yazıcı kafası grubu, yazıcı kafası sürücü elektronik kontrolörleri, UV mürekkepler, kürleme ışınlayıcısı ve hareket kontrollü parça besleme sistemidir.

Temel bileşen yazıcı kafasıdır (Şekil 2). Kafada bir mürekkep deposu ile damlacıkların püskürtüldüğü dairesel nozullara sahip çok sayıda küçük hacimli mürekkep odası bulunur. Nozullar, hareket yönüne dik olarak doğrusal biçimde dizilir. Her kafa bir ila beş nozul sırası içerebilir; her sırada 128, 256, 512 veya 768 nozul bulunur. Her rengin kendi mürekkep deposu ve yazıcı kafası (veya kafaları) vardır. Öngörülen yazıcıda yazıcı kafaları ileri geri (x yönü) tarar, ürünler ise her geçişte adım adım (y yönü) ilerler. Adımlar ve nozul aralığı birbiriyle eşleştirilir (Şekil 1). Daha sık ateşleme ve daha küçük adımlarla eşdeğer piksel aralıkları nozul aralığından çok daha sık olabilir. Örneğin 300 dpi'lık bir kafa 300×300, 300×600 ve benzeri çözünürlüklerde, inç başına 2400×2400 noktaya kadar baskı yapabilir. Normal baskı ikilidir: her konumda ya bir damla vardır ya da yoktur. Üst düzey teknoloji gri tonlama sunar; yani her nokta için mürekkep hacmi bilinçli olarak değiştirilebilir.

Piezoelektrik DOD yazıcı kafası tasarımı

Piezoelektrik damla-talebi mürekkep püskürtmede piezoseramik malzemenin deformasyonu, basınç odasındaki mürekkep hacminin değişmesine ve nozula doğru yayılan bir basınç dalgası oluşmasına yol açar. Bu akustik basınç dalgası, küçük bir nozuldaki viskoz basınç kaybını ve mürekkep menisküsünün yüzey gerilimi kuvvetini yenerek nozulda bir mürekkep damlasının oluşmaya başlamasını sağlar. Damla oluştuğunda basıncın, damlayı kayıt ortamına doğru fırlatmaya yetecek düzeyde olması gerekir (Şekil 2). 10 ile 20 mPa-s arasındaki viskozite, sıvının hızlı hareket etmesini sağlar. Genel olarak bir piezoelektrik sürücünün deformasyonu mikron altı ölçektedir. Damla oluşumu için yeterince büyük bir mürekkep hacmi yer değiştirmesi elde etmek amacıyla piezoelektrik sürücünün fiziksel boyutu çoğu zaman mürekkep orifisinden çok daha büyüktür. Altlıktaki her piksel ya mürekkeple kaplanır ya da kaplanmaz; yani ikili bir tercih söz konusudur. Gri tonlamalı mürekkep püskürtmede ise yazıcı kafası, tek bir nokta olarak baskı yapacak kadar hızlı biçimde birden fazla küçük damla püskürtebilir. Gelişmiş yazıcı kafaları sekiz seviyeye sahiptir: sıfırdan yediye kadar damla. Sonuç, ikili baskıyla aynı doğal çözünürlük kullanılırken belirgin biçimde daha yüksek görünür çözünürlüktür.

UV ile kürlenen mürekkepler

Ultraviyole (UV) ile kürlenen mürekkepler ve kaplamalar, kürlendiklerinde sert ve dayanıklı olduklarından endüstriyel ve dış mekan uygulamaları için tercih edilir. Tam bir renk gamına sahiptirler ve ince çözünürlükle olağanüstü baskı kalitesi sağlarlar. UV ile kürlenen formülasyonlar; foto-başlatıcılar, monomerler, oligomerler, renklendiriciler ve katkı maddeleri içerir. Monomerler ve oligomerler formülasyonun yaklaşık yüzde 85'ini, renklendiriciler yüzde 10'unu, foto-başlatıcılar yaklaşık yüzde 5'ini, yüzey aktif maddeler ve stabilizatörler ise yüzde 1 ila 2'sini oluşturur.

UV ışınına maruz kalma, foto-başlatıcı bağlarının kırılmasına ve iki serbest radikal oluşmasına neden olur. Bunlar monomerler ve oligomerler boyunca bir zincir reaksiyonu başlatır ve reçinelerin kapsamlı ancak tam olmayan çapraz bağlanmasıyla (kürlenmesiyle) sonuçlanır. Reaksiyon ekzotermiktir ve UV kaynakları da ısı yayar. Sıcaklık artışı hem yapışmaya hem de kürlenme derecesine yardımcı olabilir; bu da kürlenmiş sıvıların aşınma, çizilme ve sıyrılma direncine katkıda bulunur1. UV ile kürlenen mürekkep formülasyonundaki zorluk, faydalı polimerler oluştururken çok düşük viskozite gereksinimini karşılamaktır. Bununla birlikte mürekkebin, yazıcı kafalarının ve mürekkep besleme sisteminin yaklaşık 50ºC'ye ısıtılmasıyla piezoelektrik yazıcı kafaları için uygun viskoziteler elde edilir; ancak bu, oda sıcaklığı sistemlerine göre belirgin biçimde daha yüksek maliyetlidir.

Mürekkep – plastik altlık uyumluluğu

Tüm mürekkep baskı prosesleri, doğru yüzey ıslatması elde etmek için sıvı mürekkep kimyasının (UV, katı, termal vb.) plastik altlıkla uyumlu olmasını gerektirir. UV mürekkepler, pad veya serigrafi mürekkeplerinden tipik olarak daha düşük viskoziteye sahiptir (yaklaşık 25 dyne/cm). Mürekkep-altlık uyumluluğuna katkıda bulunan başlıca etken, birçok plastiğin kimyasal olarak inert, gözeneksiz ve düşük yüzey enerjili yüzeylere sahip olmasıdır. Günümüzün yüksek performanslı mühendislik reçineleri üzerindeki yüzey ön işlemleri, mürekkep yapışma sorunlarının çoğunu çözer. Kural olarak, bir altlığın yüzey enerjisi (dyne/cm cinsinden) sıvının yüzey geriliminden yaklaşık 10 dyne/cm daha yüksek olduğunda kabul edilebilir mürekkep yapışması elde edilir. Bu durumda sıvının yüzeyi “ıslattığı” veya yüzeye yapıştığı söylenir.

Yüzey enerjisinin bir ölçüsü olan yüzey gerilimi, tüm sıvıların (moleküler kuvvetler nedeniyle) yüzeyi büzerek içerdikleri hacmi en az yüzey alanına sahip biçime getirme eğiliminde olduğu özelliktir. Bu nedenle katı altlığın yüzey enerjisi sıvının yüzey gerilimine göre ne kadar yüksekse, ıslanabilirliği o kadar iyi ve temas açısı o kadar küçük olur. (Yüzey ön işlemleri hakkında ayrıntılı bilgi için Plastics Decorating dergisinin Nisan/Mayıs 2018 sayısının 44-51. sayfalarındaki “Plasma Surface Pretreatment of Polymers for Improved Adhesion” makalesine bakın.)

Yüzey ön işlemleri, polimer malzemelerin yüzey enerjisini artırmak ile ıslanma ve yapışma özelliklerini iyileştirmek için kullanılır. Sektörde çeşitli gaz fazlı yüzey oksidasyonu ön işlem prosesleri kullanılır: düşük basınçlı soğuk gaz plazması (mikrodalga/RF), elektriksel (korona deşarj), alev plazması ve düşük sıcaklıklı, gerilimsiz atmosferik plazma. Her yöntem uygulamaya özgüdür ve kendine özgü avantajlara ve olası sınırlamalara sahiptir. Bu proseslerin her biri, serbest elektronlar, pozitif iyonlar ve diğer kimyasal türlerden oluşan son derece reaktif bir gaz olan “gaz plazması” üretme yetenekleriyle karakterize edilir. Fizikte bu plazmaların oluşma mekanizmaları farklıdır, ancak yüzey ıslanabilirliği üzerindeki etkileri benzerdir. Bazı durumlarda gaz plazması prosesleri yerine kimyasal astarlar (primer) kullanılabilir.

UV LED kürleme

Yakın zamana kadar tüm kürleme işlemleri cıva deşarj lambalarıyla başlatılıyordu. Cıvanın emisyon spektrumu çok geniştir ve UV'den çok ısı olarak enerji yayar. Düşük verimlilik bir dezavantajdır. Diğeri ise mürekkebin ve altlığın ısınmasıdır; bu da UV kürlemenin çok sayıda uygulamada kullanılmasını engeller. (Cıva lambaları, sağlık açısından tehlikeli düzeylerde ozon üretir; bu da ayrı bir sorundur.) UV LED lambalar (Şekil 3) artık cıva ampullerinin yerini almaktadır. UV LED kürleme, dar bir UV bandı yayan ışık yayan diyotlar kullanır ve tipik olarak 400 nm civarında ortalanmış tepe UV enerjisi sağlar; böylece enerjinin çoğu foto-başlatma için kullanışlıdır. Az miktarda görünür ışık vardır, ancak kızılötesi (IR) çok azdır.

Bir diğer avantaj, neredeyse anında açılıp kapanmalarıdır; bu da cıva lambalarının tam güce ulaşmasını beklerken oluşan gibi duruş süresini, enerji ve malzeme israfını azaltır. UV LED kürleme, geleneksel cıva (Hg) buharlı lambalara göre başka avantajlar da sunar. Küçük profilli yarı iletken cihazlar, 20.000 saatin üzerinde çalışma süresi için tasarlanmıştır; bu, UV lambalardan yaklaşık 10 kat daha uzundur. Çıkış, uzun süre boyunca son derece tutarlıdır. UV LED, IR içermeyen saf UV yayar; bu da onu ısıya duyarlı plastik altlıklar için proses açısından uygun kılar. Çok kısa dalga boylu ışık bulunmadığından çok daha az ozon üretilir.

Mürekkep püskürtme ekipman sistemleri

Mürekkep püskürtmeli baskı prosesi, anahtar teslim sistem entegrasyonu için birçok farklı disiplinde mühendislik gerektirmesi bakımından geleneksel mürekkep baskı tekniklerinden ayrılır. Buna karşılık pad ve serigrafi ekipmanı üreticileri neredeyse her zaman mürekkepleri, baskı sarf malzemelerini, kürleme ekipmanını, otomasyonu ve kimyasal temizleme ekipmanını içeren anahtar teslim sistemler sunabilir. Mürekkep püskürtme sistemi bileşenleri; yazıcı kafası, sürücü elektroniği, mürekkepler, parça besleme ve hareket kontrolü donanımı ile kürleme ışınlayıcısından oluşur. Ayrıca dijital bilgilerin, ana kontrolör sürücü yazılımı dahil olmak üzere donanım/yazılım dosya protokolü aracılığıyla yazıcı kafasına iletilmesi gerekir. Hiçbir üretici, her özel uygulama için sayılan bileşenlerin tamamını sağlamaz. Sağlam üretim operasyonlarına ulaşmak için tüm mürekkep püskürtme bileşenleri ve parçaların birbiriyle uyumu konusunda yüksek düzeyde mühendislik bilgisi şarttır.

İterbiyum fiber lazer markalama teknolojisi

Işın yönlendirmeli lazer markalayıcılar, lazer ışınını markalanacak yüzey boyunca yönlendirmek için yüksek hızlı, bilgisayar kontrollü galvanometrelere monte edilmiş aynalar kullanır; bu, kalemle kâğıda yazmaya benzer. Biri Y eksenindeki, diğeri X eksenindeki her galvanometre, markalama alanı içinde ışın hareketini sağlar. Düz alan lens grubu, altlık yüzeyinde yüksek güç yoğunluğu elde etmek için lazer ışığını odaklar. Şekil 4, bilgisayar kontrollü galvanometreler kullanan bir optik ışın iletim sistemini göstermektedir.

Polimer lazer markalama reaksiyon mekanizmaları

Çoğu polimer, kimyasal katkı maddeleri olmadan NIR absorpsiyon özelliklerine sahip değildir; bu nedenle lazerle markalanmaları zor veya imkânsızdır. Yeni kimyasal katkı maddeleri, hem hat üzerinde (on-the-fly) hem de ikincil operasyonlarda simsiyah, açık renkli ve özel renkli kontrast üretebilir. Polimerin şeffaflığı, spektral geçirgenliği ve temel fiziksel özellikleri etkilenmez.

Lazerle markalanabilen polimerler, lazer ışığını emen ve ışık enerjisini ısı enerjisine dönüştüren polimerlerdir. Uzmanlar, yerel renk değişimleri için lazer enerjisinin absorpsiyonunu artırmak amacıyla katkı maddeleri, dolgu maddeleri, pigmentler ve boyalar kullanır. Yaygın kanının aksine tüm markalama sorunlarını çözen tek bir lazer katkı maddesi yoktur. İstenen markalama kontrastına ve işlevselliğe bağlı olarak son derece farklı formülasyon kimyaları, lazer türü (fiber, YAG, vanadat) ve lazer optiği/kurulum parametreleri kullanılır.

Yakın kızılötesi lazer katkı maddeleri kontrast derecesini iyileştirir; bu, lazer kurulum parametreleri değiştirilerek daha da artırılabilir. Hem granül hem de toz formu, önceden kompaund edilmiş renkli malzemeye veya renk konsantresine harmanlanabilir. Hangi katkı maddesinin kullanılacağı; polimer bileşimine, altlık rengine, istenen markalama kontrast rengine ve nihai kullanım sertifikasyon gereksinimlerine bağlıdır.

Polimerler, koyu veya açık renkli markalama kontrastı vermeye yönelik doğal özelliklere sahiptir. Düşük miktarda titanyum dioksit (TiO2) ve karbon siyahı içeren bazı renklendirici bileşikler de lazer ışığını emebilir ve bazı durumlarda markalama kontrastını iyileştirebilir. Aynı polimer ailesi içinde bile her polimer kalitesi farklı sonuçlar verebilir. Katkı maddesi formülasyonları toksik olmamalı; ürünlerin görünümünü veya fiziksel ya da işlevsel özelliklerini olumsuz etkilememelidir.

En yaygın yüzey reaksiyon mekanizması termal kimyasal karbonizasyon veya “kömürleşme” olarak adlandırılır; burada altlıkta emilen enerji, absorpsiyon bölgesini çevreleyen malzemenin yerel sıcaklığını polimerin termal bozunmasına yol açacak kadar yükseltir (Şekil 5 [b]). Markanın koyu veya açık olması, emilen enerjiye ve malzemenin kendine özgü termal bozunma yoluna bağlıdır. Lazer kurulumu optimize edilerek yüzeyde minimum karbonizasyon kalıntısı elde edilir.

Reçine-renklendirici matrisine harmanlandığında koyu markalama kontrastı sağlayan katkı maddeleri çoğunlukla antimon katkılı kalay oksit, antimon trioksit veya alüminyum parçacıklarının karışımlarını içerir. Hepsi polimerlerde kolayca dağılır. Tipik yükleme konsantrasyonları ağırlıkça yüzde 0,01 ila 3,0'dır. Nihai formülasyonların çoğu, 21 CFR 178.3297 Polimerler için Renklendiriciler standardının A-H koşulları altında kullanım için FDA onayı almıştır.

İkinci yüzey reaksiyonu, bozunma sırasında buhar salan katkı maddeleri kullanılarak gerçekleşen kimyasal değişimdir; bu, polimerin köpürmesiyle sonuçlanır (Şekil 5(c)). Köpürme sürecinde lazer enerjisi, köpürtücü ajanın hemen yakınındaki bir katkı maddesi tarafından emilir. Emiciden gelen ısı, köpürtücü ajanın bozunmasına ve buhar salmasına neden olur. Köpürtücü ajan örnekleri alüminyum hidroksit veya çeşitli karbonatlardır. Kömürleşmeyi önlemek için mekanizma, polimerin köpürtücü katkı maddesinden daha yüksek bir sıcaklıkta bozunmasını gerektirir. Lazer çalışma parametrelerinin sıkı kontrolüyle koyu altlıklar üzerinde yüksek kaliteli ve dayanıklı açık renkli markalar elde edilebilir. Zayıf lazer kontrolü, kolayca çizilebilen (düşük dayanıklılıkta) kırılgan veya düşük kontrastlı bir marka oluşmasına yol açabilir. Yakın zamanda geliştirilen Şekil 5(e), aynı formülasyon içinde hem simsiyah hem de opak beyaz kontrastı göstermektedir (FDA onaylı). Bu atılım, şeffaf (amorf) polimerler için idealdir.

Üçüncüsü, lazer enerjisi bir renklendirici karışımındaki bir renklendiriciyi ısıtmak/bozundurmak için kullanılır ve bu da renk değişimiyle sonuçlanır (Şekil 5 [d]). Bir örnek, karbon siyahı ile kararlı bir inorganik renklendirici karışımıdır. Isıtıldığında karbon siyahı uzaklaşır ve geriye inorganik renklendirici kalır. Bu karışık renklendirici sistemleri, belirli renklendirici kararlılıklarına bağlıdır ve her renk değişimi mümkün değildir.

Şekil 5 (a)'da gösterilen bir diğer özel yüzey reaksiyonu, lazer katkı maddelerini fotoğraflı kimlik kartı için çok katmanlı laminat yapıya dahil eder. Benzersiz yüksek çözünürlüklü markalama özellikleri, açık ve gizli özellikler ile RFID, güçlü bir sahteciliği önleme güvenliği sağlar.

Mürekkep baskı proseslerine (pad/serigrafi ve mürekkep püskürtme) kıyasla lazer katkı maddeleri maliyet tasarrufu sağlar ve optimize edilmemiş malzemelere göre yüzde 20 ve daha yüksek markalama hızları gösterebilir. Lazer katkı maddeleri pelet granül ve toz formunda tedarik edilir. Granül ürünler doğrudan polimer reçinesiyle harmanlanabilirken, toz formlar masterbatch'e dönüştürülür. Çoğu polimerlerde kolayca dağılır. Katkı maddesine ve polimere bağlı olarak (nihai parçada) ağırlıkça yükleme konsantrasyonu yüzde 0,01 ile 4,0 arasında değişir.

Nanosaniye iterbiyum fiber lazer teknolojisi

Lazer teknolojisindeki gelişmeler, FDA onaylı lazer katkı maddelerinin en yeni neslinin hızla geliştirilmesinde belirleyici olmuştur. Nanosaniye iterbiyum fiber lazerlerin ortaya çıkışı; markalama, kaynak ve kesme için en önemli ilerlemelerden biridir. Esasen fiber lazerler, diğer diyot pompalı katı hal (DPSS) markalama lazerlerinden farklıdır. Fiber lazerlerde lazer ışınını üreten aktif ortam, özel bir fiber optik kablo içine dağılmıştır. Fiber ile iletilen lazerlerin aksine ışının tüm yolu, ışın iletim optiğine kadar fiber optik kablo içindedir. Bu tamamen fiber yapı, bu lazerlerin güvenilirliğinden ve sağlamlığından büyük ölçüde sorumludur; hızlı büyümelerinin nedeni de budur.

Fiber lazerler, Nd:YAG lazerlere kıyasla üstün ışın kalitesi (M2) ve parlaklık sağlar. Üstün ışın kalitesine sahip bir lazer küçük bir nokta boyutuna odaklanabilir; bu da yüksek enerji yoğunluğuna yol açar. 1 mJ'a kadar darbe enerjisine ve yüksek güç yoğunluğuna sahip sabit ve değişken darbeli master osilatör güç amplifikatörlü (MOPA) fiber lazerler, tarihsel olarak zor birçok polimeri markalayabilir. Vanadat lazerler de küçük bir M2 değerine ve sabit fiber ile YAG lazerlerden daha kısa darbe genişliğine sahiptir. Darbe süresi, malzemeye giren ısı ve karbonizasyon derecesini etkiler. Tipik olarak ‹40 ns olan kısa darbeler, hassas polimer malzemeleri işlerken daha kontrollü enerji girişi sağlar. Bu darbeler malzeme eşiklerini aşacak tepe gücüne hâlâ sahiptir, ancak yerel ısıl hasarı azaltmak için daha düşük darbe enerjisi taşır.

Işın yönlendirmeli tüm fiber lazerler eşit değildir. Bir lazer üreticisinin sistemlerine dahil ettiği donanım ve yazılım bileşenleri; markalama kontrastında, kalitesinde ve hızında önemli fark yaratır. Temel bir özellik, markalama yüzeyindeki güç yoğunluğudur (watt/cm); bu, lazerin ham çıkış gücünden farklıdır. Lazer ışınının çıkış modu, markalama performansı için kritiktir. Bu çıkış modları; ışın ıraksaması ve lazer ışınının çapı boyunca güç dağılımı gibi etkenlerle ilgilidir.

Güç yoğunluğu, odaklanmış lazer nokta boyutunun bir fonksiyonudur. Herhangi bir odak uzaklığındaki lens ve lazer dalga boyu için odaklanmış lazer nokta boyutu; lazer konfigürasyonu, mod seçici diyafram boyutu ve yukarı kolimatör (ışın genişletici) büyütmesiyle kontrol edilen lazer ışını ıraksamasının bir fonksiyonudur. Darbe tekrarlama hızı ve tepe güç yoğunluğu, markanın oluşumunda ve en uygun kontrast ile hızın elde edilmesinde kritik parametrelerdir. Düşük frekansta yüksek tepe gücü, altlığa minimum ısı ileterek yüzey sıcaklığını hızla yükseltir ve malzemeyi buharlaştırır. Darbe tekrarlaması arttıkça daha düşük tepe gücü minimum buharlaşma sağlar, ancak daha fazla ısı iletir.

Sonuç

Dijital piezoelektrik DOD mürekkep püskürtme ve fiber lazer teknolojileri, ürün kişiselleştirme için sayısız avantaj sunar. Sağlam markalama/baskı çözümleri; mürekkep/lazer kimyasının, polimer yüzey biliminin, proses tasarımının ve ekipmanın hassas mühendisliğini gerektirir. Ucuz, hazır ekipman satın almayı tercih eden şirketler, proses anlayışı eksikliği nedeniyle çoğu zaman sağlam sistemleri entegre edemez. Her proses avantajlar ve olası sınırlamalar sunar. Birçok üretici, her iki teknolojiyi birlikte sunmanın değerini zaten fark etmiştir. Dolaylı bir fayda ise tamamen monte edilmiş ürünlerin üretim operasyonlarının sonunda basılabilmesidir; bu da maliyet tasarrufu ve daha iyi stok kontrolü sağlar.

The Sabreen Group; adhezyon ile birleştirme prosesleri, plazma ön işlemi ve gelişmiş üretim teknikleri konusunda kapsamlı yerinde eğitim sunar. Ön işlem ekipmanı gösterimi, gerçek üretim parçaları ve gerçek zamanlı testlerle kendi tesisimizde yapılır. Garantili sonuçlar.

Scott R. Sabreen, plastik ikincil işleme proseslerinde (lazer markalama, mürekkep püskürtmeli baskı, yüzey ön işlemleri, yapıştırma, dekorasyon ve yüzey işleme ile ürün güvenliği) uzmanlaşmış bir mühendislik şirketi olan The Sabreen Group, Inc.'in kurucusu ve başkanıdır. Sabreen, 30 yılı aşkın süredir öncü teknolojiler geliştirmekte ve üretim sorunlarını çözmektedir. Kendisine 972.820.6777 numaralı telefondan ya da www.sabreen.com veya www.plasticslasermarking.com adreslerini ziyaret ederek ulaşabilirsiniz.

Kaynaklar

• S. Sabreen, “Innovating inkjet technologies for plastics products,” Plastics Decorating magazine (Aug. 2013).
• M. Gailey, “Plastics additives allow inkless marking,” Photonics Spectra (Sept. 2013).
• S. Sabreen, “Fiber laser enables marking of advanced plastics,” Industrial Laser Solutions (Feb. 2013).

---