ไฟเบอร์เลเซอร์ช่วยให้มาร์กพลาสติกขั้นสูงได้

ไฟเบอร์เลเซอร์ช่วยให้มาร์กพลาสติกขั้นสูงได้

สารเติมแต่งที่ผสมในพอลิเมอร์ที่ผ่านการรับรอง FDA ล้ำสมัย ซึ่งผสมระหว่างการแปรรูปขั้นต้น ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการมาร์กด้วยเลเซอร์บนพลาสติก โดยมีความเร็วสูง ความคมชัดเหนือกว่า และประหยัดต้นทุนเป็นประโยชน์สำคัญ สารเติมแต่งเคมีชนิดใหม่ให้ความคมชัดสีดำสนิท สีอ่อน และสีตามสั่งได้ ทั้งแบบ “on-the-fly” และในขั้นตอนรอง ออกแบบสำหรับไฟเบอร์เลเซอร์อิตเทอร์เบียมราคาไม่แพง การมาร์กด้วยเลเซอร์แบบอินไลน์ไม่ใช้หมึกจึงมาแทนที่การพิมพ์กราเวียร์โรตารีและการพิมพ์แพดแบบดั้งเดิม

ประเด็นสำคัญ

• พอลิเมอร์ส่วนใหญ่ไม่มีการดูดกลืนช่วงอินฟราเรดใกล้ สารเติมแต่งจึงเป็นสิ่งที่ทำให้การมาร์กที่ 1060–1080 nm เป็นไปได้
• สารเติมแต่งที่ไม่มีโลหะหนักและได้รับการรับรองจาก FDA และ EFSA ให้ความคมชัดสูงโดยไม่เปลี่ยนความใส การส่งผ่านสเปกตรัม หรือคุณสมบัติทางกายภาพ
• สารเติมแต่งลดเวลามาร์กลง 20% หรือมากกว่า เมื่อเทียบกับสูตรที่ไม่ได้ปรับให้เหมาะสม ซึ่งชดเชยต้นทุนของสารได้อย่างรวดเร็ว
• MOPA เหนือกว่าแบบ Q-switched ในด้านความถี่พัลส์ คือสูงสุด 500 kHz เทียบกับประมาณ 80 kHz และพัลส์สั้นต่ำกว่า 40 ns เหมาะกับพอลิเมอร์ที่ไวต่อความร้อน
• ความเร็วแบบ on-the-fly สูงถึง 2,000 ชิ้น/นาทีบนฝาปิด และ 500 ft/นาทีขึ้นไปบนผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปด้วยการอัดรีดเป็นเส้น

คำถามที่พบบ่อย

ต้องใช้สารเติมแต่งเลเซอร์ในปริมาณเท่าใด

ระหว่าง 0.01% ถึง 4.0% โดยน้ำหนักในชิ้นงานสุดท้าย ขึ้นกับสารเติมแต่งและพอลิเมอร์ ชนิดเม็ดผสมกับเรซินได้โดยตรง ส่วนชนิดผงต้องแปลงเป็นมาสเตอร์แบตช์ก่อน วัสดุสีที่ผสมล่วงหน้าให้ความสม่ำเสมอดีกว่าคัลเลอร์คอนเซนเทรตสำหรับการอัดรีด การฉีดขึ้นรูป และการขึ้นรูปด้วยความร้อน

สารเติมแต่งเลเซอร์ส่งผลต่อความใสหรือคุณสมบัติทางกายภาพหรือไม่

ไม่ส่งผลหากสูตรเหมาะสม ความใสของพอลิเมอร์ การส่งผ่านสเปกตรัม และคุณสมบัติทางกายภาพพื้นฐานไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งทำให้การมาร์กพอลิเมอร์ใสและกึ่งโปร่งใสทำได้จริงโดยไม่กระทบผลิตภัณฑ์

การมาร์กด้วยเลเซอร์แบบ on-the-fly ทำงานได้เร็วเพียงใด

ความเร็วในการมาร์กจุกไวน์สังเคราะห์พอลิโอเลฟินและข้อความโปรโมชันใต้ฝาบนฝาปิดเครื่องดื่มแบบไม่มีแผ่นรองสูงถึง 2,000 ชิ้นต่อนาทีสำหรับข้อความตัวอักษรและตัวเลขและกราฟิก การมาร์กแบบเส้นตรงของข้อความและรหัสระบบตรวจสอบด้วยภาพอัตโนมัติทำได้ 500 ft/นาทีขึ้นไป

เลเซอร์ไฟเบอร์แบบ Q-switched ต่างจาก MOPA อย่างไร

ไฟเบอร์เลเซอร์แบบ Q-switched โดยทั่วไปมีความกว้างพัลส์ 100–120 ns และถูกจำกัดอัตราความถี่พัลส์ไว้ที่ประมาณ 80 kHz จากตัวเทคโนโลยี Q-switching เอง ส่วนเลเซอร์ MOPA แบบมอดูเลตโดยตรงทำงานได้ถึง 500 kHz ที่ความกว้างพัลส์ระดับนาโนวินาที และความถี่พัลส์ที่สูงกว่าโดยทั่วไปหมายถึงการมาร์กที่เร็วกว่า

สารเติมแต่งเหล่านี้ได้รับการรับรองสำหรับสัมผัสอาหารและอุปกรณ์การแพทย์หรือไม่

สารเติมแต่งบางชนิดได้รับการรับรองจาก FDA สำหรับการสัมผัสอาหารและบรรจุภัณฑ์อาหารภายใต้เงื่อนไข A–H ของ 21 CFR 178.3297 สารให้สีสำหรับพอลิเมอร์ พร้อมคำแถลงความสอดคล้องเทียบเท่าของสหภาพยุโรป การคัดเลือกคุณสมบัติเพิ่มเติมของชิ้นงานสุดท้ายทำให้ได้ความเข้ากันได้ทางชีวภาพสำหรับอุปกรณ์การแพทย์ การรับรองเฉพาะกับชนิดพอลิเมอร์ เกณฑ์ปริมาณที่ใส่ และการสัมผัสโดยตรงหรือทางอ้อม

การประยุกต์ใช้กับผลิตภัณฑ์

พอลิเมอร์สีใส กึ่งโปร่งใส และทึบแสง รวมถึงไนลอน พอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต (PET) พอลิคาร์บอเนต พอลิโอเลฟิน พอลิไวนิลคลอไรด์ (PVC) สไตรีนิกส์ และเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ (TPU) และเทอร์โมพลาสติกพอลิยูรีเทน (TPE) ได้รับการกำหนดสูตรเฉพาะโดยใช้สารเติมแต่งที่ไม่มีโลหะหนักและได้รับการรับรองจาก FDA/หน่วยงานความปลอดภัยด้านอาหารแห่งยุโรป (EFSA) เพื่อให้ได้คุณภาพการมาร์กที่มีความคมชัดสูง (ดูรูปที่ 1) ความใสของพอลิเมอร์ การส่งผ่านสเปกตรัม และคุณสมบัติทางกายภาพพื้นฐานไม่เปลี่ยนแปลง การมาร์กด้วยเลเซอร์ดิจิทัลแบบไม่สัมผัสมาแทนที่ฉลากกาวราคาแพงและกระบวนการพิมพ์ด้วยหมึกเคมี ผลที่ได้คือความคุ้มค่า เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และมีความสวยงามเหนือกว่าในการใช้งาน

กลไกปฏิกิริยาการมาร์กพอลิเมอร์ด้วยเลเซอร์

ความก้าวหน้าที่ทำได้ในการกำหนดสูตรสารเติมแต่งเคมีสำหรับเลเซอร์ที่ใช้กับเลเซอร์อินฟราเรดใกล้ (NIR) (ความยาวคลื่น 1060–1080nm) คือความเข้ากันได้กับไฟเบอร์เลเซอร์อิตเทอร์เบียม เลเซอร์แวนาเดต และเลเซอร์ Nd:YAG รุ่นก่อนหน้า พอลิเมอร์ส่วนใหญ่ไม่มีคุณสมบัติการดูดกลืน NIR หากไม่มีสารเติมแต่งเคมี¹ พอลิเมอร์ที่มาร์กด้วยเลเซอร์ได้คือพอลิเมอร์ที่ดูดกลืนแสงเลเซอร์และเปลี่ยนจากพลังงานแสงเป็นพลังงานความร้อน ผู้เชี่ยวชาญใช้สารเติมแต่ง สารตัวเติม เม็ดสี และสีย้อมเพื่อเพิ่มการดูดกลืนพลังงานเลเซอร์ ให้เกิดการเปลี่ยนสีเฉพาะที่ ใช้เคมีของสูตรและพารามิเตอร์ทัศนศาสตร์/การตั้งค่าเลเซอร์ที่แตกต่างกันมาก ขึ้นกับความคมชัดและฟังก์ชันของรอยมาร์กที่ต้องการ

กลไกปฏิกิริยาที่พื้นผิวที่พบบ่อยที่สุดเรียกว่า “การเกิดคาร์บอน” หรือ “การไหม้เป็นถ่าน” ทางเคมีเชิงความร้อน ซึ่งพลังงานที่ถูกดูดกลืนในวัสดุรองรับทำให้อุณหภูมิเฉพาะที่ของวัสดุรอบจุดดูดกลืนสูงพอที่จะทำให้พอลิเมอร์สลายตัวด้วยความร้อน ความเข้มหรืออ่อนของรอยมาร์กขึ้นกับพลังงานที่ดูดกลืนและเส้นทางการสลายตัวด้วยความร้อนเฉพาะของวัสดุ เมื่อปรับการตั้งค่าเลเซอร์ให้เหมาะสม จะเหลือคราบคาร์บอนที่ผิวน้อยที่สุด

สารเติมแต่งเลเซอร์

สารเติมแต่งเลเซอร์อินฟราเรดใกล้ช่วยเพิ่มระดับความคมชัด ซึ่งเพิ่มขึ้นได้อีกด้วยการเปลี่ยนพารามิเตอร์การตั้งค่าเลเซอร์ พอลิเมอร์มีลักษณะเฉพาะที่ให้ความคมชัดของรอยมาร์กแบบ “สีเข้ม” หรือ “สีอ่อน” สารให้สีบางชนิดที่มีไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) และคาร์บอนแบล็กในปริมาณต่ำอาจดูดกลืนแสงเลเซอร์ได้ด้วย และในบางกรณีช่วยเพิ่มความคมชัดของรอยมาร์ก พอลิเมอร์แต่ละเกรด แม้อยู่ในตระกูลพอลิเมอร์เดียวกัน อาจให้ผลต่างกัน สูตรสารเติมแต่งต้องไม่เป็นพิษ และต้องไม่ส่งผลเสียต่อรูปลักษณ์ หรือคุณสมบัติทางกายภาพหรือการใช้งานของผลิตภัณฑ์

เมื่อเทียบกับกระบวนการพิมพ์ด้วยหมึก (การพิมพ์แพด/สกรีน และอิงก์เจ็ท) สารเติมแต่งเลเซอร์ประหยัดต้นทุน และแสดงความเร็วมาร์กที่เร็วกว่าวัสดุที่ไม่ได้ปรับให้เหมาะสมได้ 20% ขึ้นไป สารเติมแต่งเลเซอร์จัดส่งในรูปเม็ดและผง ผลิตภัณฑ์ชนิดเม็ดผสมกับเรซินพอลิเมอร์ได้โดยตรง ส่วนชนิดผงแปลงเป็นมาสเตอร์แบตช์ ส่วนใหญ่กระจายตัวในพอลิเมอร์ได้ง่าย ตามชนิดของสารเติมแต่งและพอลิเมอร์ ความเข้มข้นโดยน้ำหนัก (ในชิ้นงานสุดท้าย) อยู่ระหว่าง 0.01 ถึง 4.0%

ทั้งชนิดเม็ดและชนิดผงผสมลงในวัสดุสีที่ผสมล่วงหน้าหรือคัลเลอร์คอนเซนเทรตได้ การเลือกสารเติมแต่งที่จะใช้ขึ้นกับองค์ประกอบของพอลิเมอร์ สีของวัสดุรองรับ สีความคมชัดของรอยมาร์กที่ต้องการ และข้อกำหนดการรับรองสำหรับการใช้งานปลายทาง สำหรับงานอัดรีด การฉีดขึ้นรูป และการขึ้นรูปด้วยความร้อน วัสดุที่ผสมสีล่วงหน้าให้ความสม่ำเสมอดีกว่าคัลเลอร์คอนเซนเทรต ควรหลีกเลี่ยงการผสมด้วยมือ การไหลในแม่พิมพ์และชนิด/ตำแหน่งของเกตเป็นปัจจัยสำคัญ การกระจายตัว/การกระจายอย่างสม่ำเสมอของสารเติมแต่งเลเซอร์ทั่วทุกชิ้นงานมีความสำคัญต่อการได้สมรรถนะการมาร์กที่เหมาะสมที่สุด

สารเติมแต่งบางชนิดมีส่วนผสมของดีบุกออกไซด์เจือแอนติโมนีและแอนติโมนีไตรออกไซด์ ซึ่งอาจให้โทนสี “อมเทา” แก่ความทึบแสงของวัสดุรองรับตามธรรมชาติ (ไม่ผสมสี) สารเติมแต่งอื่นอาจมีอนุภาคอะลูมิเนียม โลหะออกไซด์ผสม และสารประกอบเฉพาะสูตร การปรับสีทำโดยใช้เม็ดสีและสีย้อมเพื่อให้ได้รูปลักษณ์การเทียบสีขั้นสุดท้าย สารเติมแต่งเฉพาะที่จำหน่ายเชิงพาณิชย์ (ซึ่งใช้ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ด้วย) ได้รับการรับรองจาก FDA สำหรับการใช้สัมผัสอาหารและบรรจุภัณฑ์อาหารภายใต้เงื่อนไข A-H ของ 21 CFR 178.3297 – สารให้สีสำหรับพอลิเมอร์ สำหรับสหภาพยุโรปมีคำแถลงความสอดคล้องที่คล้ายกัน เงื่อนไขการรับรองเฉพาะกับชนิดพอลิเมอร์ เกณฑ์ระดับปริมาณที่ใส่ และการสัมผัสโดยตรงหรือทางอ้อม การคัดเลือกคุณสมบัติเพิ่มเติมของสารเติมแต่งที่ผ่านการรับรอง FDA ซึ่งผสมใน “ชิ้นงานสุดท้าย” ทำให้ได้ความเข้ากันได้ทางชีวภาพสำหรับอุปกรณ์การแพทย์²

เทคโนโลยีไฟเบอร์เลเซอร์อิตเทอร์เบียมระดับนาโนวินาที

การพัฒนาเทคโนโลยีเลเซอร์มีบทบาทสำคัญต่อการพัฒนาอย่างรวดเร็วของสารเติมแต่งเลเซอร์ที่ผ่านการรับรอง FDA รุ่นใหม่ล่าสุด การเกิดขึ้นของไฟเบอร์เลเซอร์อิตเทอร์เบียมระดับนาโนวินาทีเป็นหนึ่งในความก้าวหน้าที่สำคัญที่สุดสำหรับการมาร์ก การเชื่อม และการตัด

โดยพื้นฐาน ไฟเบอร์เลเซอร์แตกต่างจากเลเซอร์มาร์กแบบโซลิดสเตตปั๊มด้วยไดโอด (DPSS) อื่น ในไฟเบอร์เลเซอร์ ตัวกลางที่สร้างลำแสงเลเซอร์กระจายอยู่ภายในสายเคเบิลใยแก้วนำแสงเฉพาะ ต่างจากเลเซอร์ที่ส่งผ่านเส้นใยนำแสง เส้นทางทั้งหมดของลำแสงอยู่ภายในสายเคเบิลใยแก้วนำแสงตลอดจนถึงชุดทัศนศาสตร์ส่งลำแสง โครงสร้างแบบเส้นใยทั้งหมดนี้เป็นสาเหตุสำคัญของความเชื่อถือได้และความทนทานของเลเซอร์เหล่านี้ ซึ่งทำให้เติบโตอย่างรวดเร็ว

ไฟเบอร์เลเซอร์ให้คุณภาพลำแสง (M2) และความสว่างเหนือกว่าเลเซอร์ Nd:YAG เลเซอร์ที่มีคุณภาพลำแสงเหนือกว่าโฟกัสให้ได้ขนาดจุดเล็ก ซึ่งนำไปสู่ความหนาแน่นพลังงานสูง ไฟเบอร์เลเซอร์แบบ master oscillator power amplifier (MOPA) พัลส์คงที่และพัลส์แปรผันที่มีพลังงานพัลส์สูงถึง 1mJ และความหนาแน่นกำลังสูง มาร์กพอลิเมอร์ที่เคยมาร์กยากได้หลายชนิด (ดูรูปที่ 2)³

เลเซอร์แวนาเดตก็มีค่า M2 ต่ำเช่นกัน โดยมีความกว้างพัลส์สั้นกว่าไฟเบอร์เลเซอร์แบบคงที่และเลเซอร์ YAG ระยะเวลาพัลส์มีอิทธิพลต่อปริมาณความร้อนและการเกิดคาร์บอนในวัสดุ พัลส์สั้น โดยทั่วไป <40ns ช่วยให้ควบคุมการป้อนพลังงานได้ดีขึ้นเมื่อแปรรูปวัสดุพอลิเมอร์ที่ไวต่อความร้อน พัลส์เหล่านี้ยังมีกำลังพีคเพียงพอที่จะเอาชนะเกณฑ์ของวัสดุ แต่มีพลังงานพัลส์ต่ำกว่าเพื่อลดความเสียหายจากความร้อนเฉพาะที่

IPG Photonics ผู้พัฒนาและผู้ผลิตชั้นนำของไฟเบอร์เลเซอร์สมรรถนะสูง มีทั้งซีรีส์ YLP แบบพัลส์คงที่ (บางครั้งเรียกว่า “Q-switch”) และเลเซอร์ YLPN (MOPA) แบบพัลส์สั้นแปรผัน ไฟเบอร์เลเซอร์แบบ Q-switched ซึ่งโดยทั่วไปมีความกว้างพัลส์ 100–120ns ใช้ในงานมาร์กบางประเภท แต่อัตราความถี่พัลส์ถูกจำกัดที่ประมาณ 80kHz เนื่องจากข้อจำกัดโดยธรรมชาติของเทคโนโลยี Q-switching ไฟเบอร์เลเซอร์ MOPA แบบมอดูเลตโดยตรง (DM-MOPA) ทำงานได้ที่อัตราความถี่พัลส์สูงถึง 500kHz ที่ความกว้างพัลส์ระดับนาโนวินาที อัตราความถี่พัลส์ที่สูงโดยทั่วไปแปลว่าความเร็วมาร์กที่เร็วกว่า (ร่วมกับพารามิเตอร์เลเซอร์/ท่อนำคลื่นอื่น ๆ)

การพัฒนาการใช้งานมีความเฉพาะเจาะจงสูง เพราะไม่มีโซลูชันเลเซอร์แบบสากล เลเซอร์ MOPA ที่มีระยะเวลาพัลส์สั้นใช้ประโยชน์จากสมรรถนะของสารเติมแต่งเคมีที่ผ่านการรับรอง FDA ซึ่งไวต่อความร้อนได้อย่างเต็มที่ การควบคุมเชิงพื้นที่และเวลาเฉพาะที่ของความร้อนที่ป้อนจากเลเซอร์และของอัตราการป้อนความร้อนช่วยให้ได้สมรรถนะสูงสุด การเลือกชนิดเลเซอร์ที่จะผสานเข้าระบบพิจารณาจากคุณลักษณะเอาต์พุตของเลเซอร์ที่ปฏิสัมพันธ์กับวัสดุพอลิเมอร์ที่ปรับให้เหมาะสม รูปที่ 3 แสดงรูปร่างพัลส์ตามเวลาของไฟเบอร์เลเซอร์อิตเทอร์เบียมแบบความยาวพัลส์คงที่และแปรผัน (MOPA) [3]

เมื่อตั้งค่าไฟเบอร์เลเซอร์แบบความยาวพัลส์คงที่สำหรับการมาร์ก ต้องกำหนดค่าอินพุตสองค่า

• อัตราความถี่พัลส์ (มักเรียกว่าความถี่พัลส์) และ
• กำลังปั๊มเป็นเปอร์เซ็นต์ โดย 100% หมายถึงอินพุตไฟฟ้าสูงสุดที่เป็นไปได้ไปยังไดโอดปั๊ม

เมื่อตั้งค่าไฟเบอร์เลเซอร์ MOPA แบบพัลส์สั้นแปรผันสำหรับการมาร์ก ต้องกำหนดค่าอินพุตสามค่า

• ระยะเวลาพัลส์ (มักเรียกว่าความยาวพัลส์)
• อัตราความถี่พัลส์ (ความถี่พัลส์) และ
• กำลังปั๊มเป็นเปอร์เซ็นต์ ตามที่อธิบายข้างต้น

สำหรับทั้งสองกราฟ การผสมผสานของค่าพารามิเตอร์อินพุตเป็นตัวควบคุมคุณสมบัติเอาต์พุตของลำแสงเลเซอร์ ได้แก่ พลังงานพัลส์ กำลังพีค (ค่าพีคชั่วขณะสูงสุดของพลังงานพัลส์ จูล/ระยะเวลาพัลส์) และกำลังเฉลี่ย (กำลังเฉลี่ยเป็นวัตต์ = พลังงานพัลส์เป็นจูล × อัตราความถี่พัลส์เป็นเฮิรตซ์)

การมาร์กด้วยเลเซอร์แบบ ‘On-The-Fly’

การมาร์กด้วยเลเซอร์แบบ “on-the-fly” เป็นหนึ่งในการใช้งานเฉพาะทางขั้นสูงที่ทำบนผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปและอัดรีด เช่น สายไฟ/สายเคเบิล ท่อ และท่อส่ง ความเร็วในการมาร์กจุกไวน์สังเคราะห์พอลิโอเลฟินและข้อความโปรโมชันใต้ฝาบนฝาปิดเครื่องดื่มแบบไม่มีแผ่นรองสูงถึง 2000 ชิ้น/นาทีสำหรับข้อความตัวอักษรและตัวเลขและกราฟิก (ดูรูปที่ 4) ความเร็วมาร์กแบบเส้นตรงของข้อความและรหัสระบบตรวจสอบด้วยภาพอัตโนมัติทำได้ 500 ft/นาทีขึ้นไป ซึ่งการมาร์กด้วยเลเซอร์แบบไม่ใช้หมึกมาแทนที่การพิมพ์กราเวียร์โรตารีและการพิมพ์แพดแล้ว

ความเร็วในการมาร์กเป็นฟังก์ชันของหลายตัวแปร ได้แก่ ชนิดพอลิเมอร์ สีของวัสดุรองรับ ชนิดและระดับปริมาณของสารเติมแต่งเลเซอร์ ขนาด (น้ำหนัก) ของสายเคเบิล ชนิดและกำลังของเลเซอร์ ซอฟต์แวร์ จำนวนตัวอักษรและตัวเลข ความสูงข้อความ ความยาวสายข้อความ ระยะห่างระหว่างตัวอักษร บาร์โค้ด/ดาต้าเมทริกซ์ โลโก้/กราฟิก ฟอนต์แบบเส้นเดียวหรือทรูไทป์แบบเติมสี ทิศทางการเติม และข้อความต่อเนื่องหรือซ้ำ การใช้สารเติมแต่งสีที่กำหนดสูตรเหมาะสมจะทำให้ “ความหนาแน่นกำลัง” ที่พื้นผิวรอยมาร์กไม่เป็นปัจจัยจำกัด แต่กัลวาโนมิเตอร์ที่บังคับลำแสงจะทำงานที่ความเร็วสูงสุด

เนื่องจากปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อความสามารถในการมาร์กในการผลิตแบบ on-the-fly มีความซับซ้อน ทุกการใช้งานต้องได้รับการตรวจสอบอย่างแม่นยำ แทบไม่มีกฎที่นำไปคาดการณ์ต่อได้ อย่างไรก็ตาม เพื่อวัตถุประสงค์ทั่วไป ให้พิจารณาตัวอย่างพอลิเมอร์ไนลอนต่อไปนี้ ซึ่งใช้ไฟเบอร์เลเซอร์ 50W เลนส์ฟลัตฟิลด์ 254mm ตัวอักษรและตัวเลข 100 ตัว ความสูง 2mm สายข้อความซ้ำยาว 14.68in. และเวลามาร์ก 0.232s ความเร็วที่คำนวณได้ประมาณ 315 lin. ft/min

ระบบอุปกรณ์เลเซอร์

องค์ประกอบฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่ผู้ผลิตเลเซอร์ใส่ไว้ในระบบมีผลอย่างมากต่อความคมชัด คุณภาพ และความเร็วในการมาร์ก คุณสมบัติหลักคือความหนาแน่นกำลัง (W/cm2) ที่พื้นผิวรอยมาร์ก (ซึ่งต่างจากกำลังเอาต์พุตดิบของเลเซอร์) โหมดเอาต์พุตของลำแสงเลเซอร์มีความสำคัญต่อสมรรถนะการมาร์ก โหมดเอาต์พุตเหล่านี้สัมพันธ์กับปัจจัยต่าง ๆ รวมถึงการแยกออกของลำแสงและการกระจายกำลังทั่วเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงเลเซอร์

ความหนาแน่นกำลังเป็นฟังก์ชันของขนาดจุดเลเซอร์ที่โฟกัส ขนาดจุดเลเซอร์ที่โฟกัสสำหรับเลนส์ที่มีความยาวโฟกัสและความยาวคลื่นเลเซอร์ใด ๆ เป็นฟังก์ชันของการแยกออกของลำแสงเลเซอร์ ซึ่งควบคุมด้วยการกำหนดค่าเลเซอร์ ขนาดช่องเลือกโหมด และกำลังขยายของอัปคอลลิเมเตอร์ (ตัวขยายลำแสง) อัตราความถี่พัลส์และความหนาแน่นกำลังพีคเป็นพารามิเตอร์สำคัญในการสร้างรอยมาร์กและให้ได้ความคมชัดและความเร็วที่เหมาะสมที่สุด เส้นโค้งเชิงคณิตศาสตร์ของกำลังเทียบกับอัตราความถี่พัลส์แปรผกผันกัน กำลังพีคสูงที่ความถี่ต่ำทำให้อุณหภูมิผิวสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว ระเหยวัสดุขณะนำความร้อนเข้าสู่วัสดุรองรับน้อยที่สุด เมื่ออัตราพัลส์เพิ่มขึ้น กำลังพีคที่ต่ำลงทำให้เกิดการระเหยน้อยที่สุดแต่นำความร้อนมากขึ้น ปัจจัยอื่นที่ส่งผลต่อความคมชัดและคุณภาพของรอยมาร์ก ได้แก่ ความเร็วลำแสงและระยะห่างระหว่างเส้นเวกเตอร์

บทสรุป

สารเติมแต่งเลเซอร์ที่ผ่านการรับรอง FDA ล้ำสมัยซึ่งผสมในพอลิเมอร์ให้ความคมชัดของรอยมาร์ก รายละเอียดขอบเส้น และความเร็วที่เหนือกว่า ผลิตภัณฑ์ที่ใส่สารเสริมประสิทธิภาพเลเซอร์ให้ความเร็วมาร์กเร็วขึ้น 20% ขึ้นไป ประโยชน์ชดเชยต้นทุนสารเติมแต่งที่เพิ่มขึ้นได้อย่างรวดเร็ว ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีไฟเบอร์เลเซอร์อิตเทอร์เบียมระดับนาโนวินาทีราคาไม่แพงมีบทบาทสำคัญ การมาร์กด้วยเลเซอร์แบบอินไลน์ on-the-fly มาแทนที่การพิมพ์กราเวียร์โรตารีและการพิมพ์แพดแล้ว เคมีวัสดุศาสตร์ที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับการมาร์กพลาสติกด้วยเลเซอร์ต้องอาศัยความเชี่ยวชาญด้านพอลิเมอร์ สารให้สี เม็ดสี และสีย้อม ในเรื่องความสามารถในการละลาย ขนาดอนุภาค ขีดจำกัดความเข้มข้นเกณฑ์ การเทียบสี และการรับรองตามข้อกำหนด (GRAS, FDA Direct/Indirect Food Contact) ไฟเบอร์เลเซอร์ทุกรุ่นไม่ได้มีคุณภาพเท่ากัน

กิตติกรรมประกาศและเอกสารอ้างอิง

ผู้เขียนขอขอบคุณ Mark-it Laser Marking Pigment Technical Bulletin 2002 ของ BASF Corporation ซึ่งมีส่วนร่วมด้านเนื้อหาทางเทคนิคจาก The Sabreen Group รวมถึง Bruce Mulholland จาก Hoechst Technical Polymers และ The Sabreen Group สำหรับบทความ “Enlightened laser marking,” Lasers & Optronics (Jul. 1997) และ Daniel S. Burgess จาก Baasel Lasertechnik GmbH และ The Sabreen Group สำหรับบทความ “Laser marking: A clean economical packaging solution,” Photonics Spectra (Nov. 2001)

• 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 เป็นผู้ก่อตั้งและประธานของ The Sabreen Group, Inc. ซึ่งเป็นบริษัทที่ปรึกษาด้านวิศวกรรมที่เชี่ยวชาญด้านกระบวนการผลิตพลาสติกขั้นที่สอง ได้แก่ การปรับสภาพพื้นผิว การยึดติดด้วยแรงยึดเกาะ การพิมพ์อิงก์เจ็ท การมาร์กด้วยเลเซอร์ การตกแต่งและการเก็บงานผิว และความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ เขาพัฒนาเทคโนโลยีบุกเบิกและแก้ปัญหาการผลิตมานานกว่า 30 ปี ติดต่อได้ที่ 972.820.6777 หรือเยี่ยมชม www.sabreen.com

---