फाइबर लेज़र: चयन और एडिटिव्स

फाइबर लेज़र: चयन और एडिटिव्स

संपादक की टिप्पणी: इस टेक्नोलॉजी फ़ीचर में Scott Sabreen फाइबर लेज़र से जुड़े दो विषयों पर चर्चा करते हैं: प्लास्टिक को मार्क करते समय फाइबर लेज़र के प्रकार का चयन, और एडिटिव्स के उपयोग से मार्किंग कंट्रास्ट में सुधार।

मुख्य बिंदु

• फाइबर लेज़र अन्य DPSS लेज़र से मूलतः भिन्न होते हैं — इनका सक्रिय माध्यम स्वयं फाइबर-ऑप्टिक केबल के भीतर फैला होता है।
• ऑल-फाइबर संरचना उनकी विश्वसनीयता और मज़बूती की व्याख्या करती है, और इसी कारण उनका तेज़ी से विकास हुआ है।
• Q-स्विच्ड लेज़र 100–120 ns पल्स चौड़ाई पर लगभग 80 kHz पर सीमित हो जाते हैं, जो इस प्रौद्योगिकी की अंतर्निहित बाध्यता है।
• DM-MOPA नैनोसेकंड पल्स चौड़ाई पर 500 kHz तक पहुँचता है, जिसका आमतौर पर अर्थ तेज़ मार्किंग होता है।
• कोई सार्वभौमिक लेज़र समाधान नहीं है। अनुप्रयोग विकास सामग्री के लिए अत्यंत विशिष्ट होता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

फाइबर लेज़र को अन्य सॉलिड-स्टेट लेज़र से क्या अलग बनाता है?

बीम उत्पन्न करने वाला सक्रिय माध्यम एक विशेष फाइबर-ऑप्टिक केबल के भीतर फैला होता है, और फाइबर-डिलीवर्ड लेज़र के विपरीत, पूरा बीम पथ डिलीवरी ऑप्टिक्स तक उसी केबल के भीतर रहता है। यह ऑल-फाइबर संरचना काफ़ी हद तक उनकी विश्वसनीयता और मज़बूती के लिए ज़िम्मेदार है।

फ़िक्स्ड-पल्स या MOPA — मुझे कौन-सा चुनना चाहिए?

यह सामग्री पर निर्भर करता है। 100 से 120 ns वाले Q-स्विच्ड फ़िक्स्ड-पल्स लेज़र कुछ मार्किंग अनुप्रयोगों में उपयोग होते हैं, लेकिन प्रौद्योगिकी की सीमा के कारण उनकी रिपीटिशन रेट लगभग 80 kHz तक सीमित रहती है। डायरेक्टली मॉड्यूलेटेड MOPA लेज़र नैनोसेकंड पल्स चौड़ाई पर 500 kHz तक पहुँच सकते हैं, जिसका आमतौर पर अर्थ तेज़ मार्किंग है।

क्या अधिक रिपीटिशन रेट का हमेशा अर्थ तेज़ मार्किंग है?

आमतौर पर हाँ, लेकिन केवल अन्य लेज़र और वेवगाइड पैरामीटर के साथ मिलकर। अकेली रिपीटिशन रेट थ्रूपुट तय नहीं करती — पल्स ऊर्जा, पीक पावर, बीम वेलोसिटी और सामग्री की प्रतिक्रिया सभी का योगदान होता है।

क्या प्लास्टिक के लिए कोई एक सर्वश्रेष्ठ लेज़र है?

नहीं। अनुप्रयोग विकास अत्यंत विशिष्ट होता है, और कौन-सा लेज़र प्रकार जोड़ना है यह इस पर निर्भर करता है कि लेज़र की आउटपुट विशेषताएँ अनुकूलित पॉलिमर सामग्री के साथ कैसे पारस्परिक क्रिया करती हैं। सामग्री और लेज़र का चयन साथ-साथ करना चाहिए।

एडिटिव्स फाइबर लेज़र की मार्किंग क्षमता को कैसे बदलते हैं?

ये कंट्रास्ट की मात्रा बढ़ाते हैं, जिसे फिर लेज़र सेटअप पैरामीटर से और तीव्र किया जा सकता है। पॉलिमर में गहरे या हल्के कंट्रास्ट की ओर अंतर्निहित प्रवृत्ति होती है, और एक ही परिवार के ग्रेड भी अलग परिणाम देते हैं, इसलिए एडिटिव को विशिष्ट ग्रेड के अनुरूप चुना जाता है।

प्लास्टिक मार्किंग के लिए फाइबर लेज़र का चयन – कौन-सा लेज़र सर्वश्रेष्ठ है?

नैनोसेकंड Ytterbium फाइबर लेज़र मार्किंग, वेल्डिंग और कटिंग की सबसे महत्वपूर्ण प्रगतियों में से हैं। मूल रूप से, फाइबर लेज़र अन्य डायोड-पंप्ड सॉलिड-स्टेट (DPSS) मार्किंग लेज़र से भिन्न होते हैं। फाइबर लेज़र में लेज़र बीम उत्पन्न करने वाला सक्रिय माध्यम एक विशेष फाइबर-ऑप्टिक केबल के भीतर फैला होता है। फाइबर-डिलीवर्ड लेज़र के विपरीत, बीम का पूरा पथ बीम डिलीवरी ऑप्टिक्स तक फाइबर-ऑप्टिक केबल के भीतर ही होता है। यह ऑल-फाइबर संरचना काफ़ी हद तक इन लेज़र की विश्वसनीयता और मज़बूती के लिए ज़िम्मेदार है, जो उनके तेज़ विकास का कारण है।

प्लास्टिक की मार्किंग के लिए किस प्रकार का फाइबर लेज़र – फ़िक्स्ड पल्स या MOPA – सर्वश्रेष्ठ है?

उच्च-प्रदर्शन फाइबर लेज़र के अग्रणी विकासकर्ता और निर्माता IPG Photonics फ़िक्स्ड-पल्स YLP सीरीज़ (जिसे कभी-कभी “Q-स्विच” कहा जाता है) और परिवर्तनीय लघु-पल्स YLPN (MOPA) लेज़र, दोनों प्रदान करता है। सामान्यतः 100 से 120ns पल्स चौड़ाई वाले Q-स्विच्ड फाइबर लेज़र कुछ मार्किंग अनुप्रयोगों में उपयोग होते हैं, लेकिन Q-स्विचिंग प्रौद्योगिकी की अंतर्निहित बाध्यता के कारण उनकी रिपीटिशन रेट लगभग 80kHz तक सीमित रहती है। डायरेक्टली मॉड्यूलेटेड MOPA (DM-MOPA) फाइबर लेज़र नैनोसेकंड पल्स चौड़ाई पर 500kHz तक की रिपीटिशन रेट पर कार्य कर सकते हैं। उच्च रिपीटिशन रेट का आमतौर पर अर्थ तेज़ मार्किंग गति होता है (अन्य लेज़र/वेवगाइड पैरामीटर के साथ मिलकर)।

अनुप्रयोग विकास अत्यंत विशिष्ट होता है, और कोई सार्वभौमिक लेज़र समाधान नहीं है। लघु पल्स अवधि वाले MOPA लेज़र पॉलिमर में मिलाए गए संवेदनशील रासायनिक एडिटिव्स के प्रदर्शन का पूरा लाभ उठा सकते हैं। लेज़र ऊष्मा इनपुट और ऊष्मा इनपुट की दर पर स्थानिक व कालिक स्तर का स्थानीय नियंत्रण अधिकतम प्रदर्शन संभव बनाता है।

कौन-सा लेज़र प्रकार जोड़ना है, इसका चयन इस पर निर्भर करता है कि लेज़र की आउटपुट विशेषताएँ अनुकूलित पॉलिमर सामग्री के साथ कैसे पारस्परिक क्रिया करती हैं। चित्र 2 में फ़िक्स्ड और परिवर्तनीय (MOPA) पल्स-लंबाई वाले ytterbium फाइबर लेज़र के कालिक पल्स आकार दर्शाए गए हैं।

दोनों ग्राफ़ के लिए, पैरामीटर इनपुट का विशेष संयोजन लेज़र बीम के आउटपुट गुण नियंत्रित करता है — अर्थात् पल्स ऊर्जा, पीक पावर (पल्स ऊर्जा का उच्चतम तात्क्षणिक शिखर, जूल/पल्स अवधि) और औसत पावर (वाट में औसत पावर = जूल में पल्स ऊर्जा × हर्ट्ज़ में पल्स रिपीटिशन रेट)।

मार्किंग के लिए फ़िक्स्ड-पल्स-लंबाई वाला फाइबर लेज़र सेट करते समय दो इनपुट तय करने होते हैं:

• पल्स रिपीटिशन रेट (जिसे अक्सर पल्स फ़्रीक्वेंसी कहा जाता है), और
• प्रतिशत में पंप पावर (100 प्रतिशत का अर्थ पंप डायोड को दिया जा सकने वाला अधिकतम विद्युत इनपुट है)।

मार्किंग के लिए परिवर्तनीय लघु-पल्स MOPA फाइबर लेज़र सेट करते समय तीन इनपुट तय होते हैं:

• पल्स अवधि (जिसे अक्सर पल्स लंबाई कहा जाता है),
• पल्स रिपीटिशन रेट (पल्स फ़्रीक्वेंसी) और
• प्रतिशत में पंप पावर, जैसा ऊपर बताया गया है।

फाइबर लेज़र से प्लास्टिक मार्किंग के लिए लेज़र एडिटिव्स

निकट-अवरक्त लेज़र एडिटिव्स कंट्रास्ट की मात्रा बढ़ाते हैं, जिसे लेज़र सेटअप पैरामीटर बदलकर और तीव्र किया जा सकता है। पॉलिमर में “गहरे रंग” या “हल्के रंग” का मार्किंग कंट्रास्ट देने की अंतर्निहित विशेषताएँ होती हैं। टाइटेनियम डाइऑक्साइड (TiO2) और कार्बन ब्लैक की कम मात्रा वाले कुछ कलरेंट यौगिक भी लेज़र प्रकाश को अवशोषित कर सकते हैं और कुछ मामलों में मार्किंग कंट्रास्ट बेहतर करते हैं।

प्रत्येक पॉलिमर ग्रेड, एक ही पॉलिमर परिवार के भीतर भी, अलग परिणाम दे सकता है। एडिटिव फ़ॉर्मूलेशन विषैले नहीं होने चाहिए और उत्पादों के स्वरूप या भौतिक अथवा कार्यात्मक गुणों पर प्रतिकूल प्रभाव नहीं डालने चाहिए।

इंक प्रिंटिंग प्रक्रियाओं (पैड/स्क्रीन प्रिंटिंग और इंकजेट) की तुलना में लेज़र एडिटिव्स लागत बचाते हैं और अनुकूलित न की गई सामग्री की तुलना में 20 प्रतिशत तक तेज़ मार्किंग गति दिखा सकते हैं। लेज़र एडिटिव्स पेलेट ग्रैन्यूल और पाउडर रूप में उपलब्ध कराए जाते हैं। ग्रैन्यूल उत्पादों को सीधे पॉलिमर रेज़िन के साथ मिलाया जा सकता है, जबकि पाउडर रूप को मास्टरबैच में बदला जाता है। अधिकांश पॉलिमर में आसानी से फैल जाते हैं। एडिटिव और पॉलिमर के आधार पर (अंतिम पार्ट में) भार के अनुसार लोडिंग सांद्रता 0.01 से 4.0 प्रतिशत के बीच होती है।

ग्रैन्यूल और पाउडर, दोनों रूप को पूर्व-कंपाउंड किए गए कलर मटेरियल या कलर कंसंट्रेट में मिलाया जा सकता है। कौन-सा एडिटिव शामिल करना है, यह पॉलिमर संरचना, सब्सट्रेट के रंग, वांछित मार्किंग कंट्रास्ट रंग और अंतिम-उपयोग प्रमाणन आवश्यकताओं पर निर्भर करता है। एक्सट्रूज़न, इंजेक्शन मोल्डिंग और थर्मोफ़ॉर्मिंग संचालन में, कलर कंसंट्रेट की तुलना में पूर्व-कलर-कंपाउंडेड सामग्री बेहतर एकरूपता देती है।

हाथ से मिलाने से बचना चाहिए। मोल्ड फ़्लो और गेट का प्रकार/स्थान महत्वपूर्ण कारक हैं। इष्टतम मार्किंग प्रदर्शन पाने के लिए प्रत्येक पार्ट में लेज़र एडिटिव्स का समांगी वितरण/परिक्षेपण महत्वपूर्ण है।

कुछ एडिटिव्स में एंटीमनी-डोप्ड टिन ऑक्साइड और एंटीमनी ट्राइऑक्साइड के मिश्रण होते हैं, जो प्राकृतिक (बिना रंग वाले) सब्सट्रेट की अपारदर्शिता को “धूसर” आभा दे सकते हैं। अन्य एडिटिव्स में एल्युमिनियम कण, मिश्रित धातु ऑक्साइड और स्वामित्व वाले यौगिक हो सकते हैं। अंतिम कलर-मैच स्वरूप पाने के लिए पिगमेंट और डाई से रंग समायोजन किया जाता है।

व्यावसायिक रूप से उपलब्ध विशिष्ट एडिटिव्स (जिन्हें लेज़र वेल्डिंग के लिए भी उपयोग किया जाता है) को 21 CFR 178.3297 – पॉलिमर के लिए कलरेंट की शर्तों A-H के अंतर्गत खाद्य संपर्क और खाद्य पैकेजिंग उपयोग के लिए FDA अनुमोदन प्राप्त है। यूरोपीय संघ के लिए भी समान अनुपालन कथन उपलब्ध हैं। प्रमाणन शर्तें पॉलिमर प्रकार, लोडिंग स्तर सीमा और प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष संपर्क के अनुसार विशिष्ट होती हैं। “अंतिम पार्ट” में मिलाए गए FDA-अनुमोदित एडिटिव्स की आगे की योग्यता जाँच से मेडिकल उपकरणों की बायोकम्पैटिबिलिटी हासिल की जा सकती है।

Scott R. Sabreen, The Sabreen Group, Inc. के संस्थापक और अध्यक्ष हैं, जो प्लास्टिक द्वितीयक प्रसंस्करण — लेज़र मार्किंग, सतह पूर्व-उपचार, बंधन, डेकोरेटिंग व फिनिशिंग और उत्पाद सुरक्षा — में विशेषज्ञता रखने वाली इंजीनियरिंग कंपनी है। Sabreen 30 से अधिक वर्षों से अग्रणी तकनीकों का विकास और विनिर्माण समस्याओं का समाधान कर रहे हैं। उनसे 972.820.6777 पर या www.sabreen.com अथवा www.plasticslasermarking.com पर संपर्क किया जा सकता है।

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