ग्लास-फिल्ड पॉलिमर पर लेज़र मार्किंग – इंजेक्शन मोल्डिंग प्रक्रियाओं का महत्व

ग्लास-फिल्ड पॉलिमर पर लेज़र मार्किंग – इंजेक्शन मोल्डिंग प्रक्रियाओं का महत्व

प्लास्टिक पर लेज़र मार्किंग विभिन्न औद्योगिक अनुप्रयोगों में अनेक लाभ देती है। लेज़र द्वारा बनाई गई सजावटी और कार्यात्मक मार्किंग पूरी तरह पठनीय होनी चाहिए, जैसे कंपोनेंट पहचान, स्कीमैटिक, डेटा मैट्रिक्स और बारकोड। मार्किंग की गुणवत्ता पॉलिमर, एडिटिव्स और कलरेंट, इंजेक्शन मोल्डिंग प्रक्रियाओं और लेज़र स्रोत पर निर्भर करती है। मोल्ड किए गए पॉलिमर की सतह की जो समस्याएँ पठनीयता में बाधा डालती हैं, वे उत्पाद की सुरक्षा, प्रदर्शन और कार्यक्षमता को प्रभावित कर सकती हैं। एक उदाहरण एडिटिव के रूप में मिलाए गए ग्लास फाइबर हैं। ग्लास फाइबर मिलाने से मोल्डिंग प्रक्रियाओं पर हानिकारक असर पड़ सकता है, जिसका प्रभाव लेज़र मार्किंग की गुणवत्ता पर पड़ता है। मज़बूत मार्किंग के लिए पार्ट की सतह का रेज़िन-समृद्ध होना आवश्यक है। ग्लास फाइबर से भरपूर सतहें घटिया परिणाम देंगी।

मुख्य बातें

• ABS, नायलॉन, एसीटल, पॉलीकार्बोनेट, LCP, PBT, PET, PPS, PEEK और PEI में ग्लास फ़िल आमतौर पर 10–60% होता है।
• फाइबरग्लास निकट-अवरक्त (NIR) का अच्छा अवशोषक नहीं है, इसलिए ग्लास-समृद्ध सतहों पर मार्किंग स्वभावतः कमज़ोर होती है।
• सतह का रेज़िन-समृद्ध होना अनिवार्य है, क्योंकि लेज़र ऊर्जा को पॉलिमर मैट्रिक्स के साथ अंतःक्रिया करनी होती है।
• ग्लास इमर्जेंस संघनन और मोल्डिंग के बाद सतह पर सफ़ेद निशानों के रूप में दिखता है।
• मार्किंग-योग्यता मोल्डिंग तय करती है — दोष लेज़र से पहले के चरण में पैदा होता है, इसलिए उसे वहीं ठीक करना होगा।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

ग्लास इमर्जेंस क्या है?

फाइबरग्लास-भरे इंजेक्शन मोल्डेड उत्पादों को प्रभावित करने वाला एक गंभीर सतही दोष, जिसमें मेल्ट फ़िलिंग और मोल्डिंग के दौरान अतिरिक्त ग्लास सतह पर आ जाता है। संघनन और मोल्डिंग के बाद सतह पर सफ़ेद निशान दिखते हैं, और उजागर फाइबर ग्लास फाइबर-समृद्ध सतह बना देते हैं जिस पर मार्किंग ख़राब होती है।

ग्लास-समृद्ध सतहों पर मार्किंग इतनी ख़राब क्यों होती है?

क्योंकि फाइबरग्लास निकट-अवरक्त लेज़र प्रकाश का अच्छा अवशोषक नहीं है। मार्किंग के लिए लेज़र ऊर्जा को पॉलिमर मैट्रिक्स के साथ अंतःक्रिया करनी होती है, इसलिए सतहें रेज़िन-समृद्ध होनी चाहिए। फाइबर की मात्रा बढ़ने के साथ समस्या और बिगड़ती है।

किन पॉलिमर में आमतौर पर ग्लास फाइबर होता है?

ABS, नायलॉन, एसीटल, पॉलीकार्बोनेट, लिक्विड क्रिस्टल पॉलिमर, PBT, PET, PPS, PEEK और PEI। फ़िल प्रतिशत भिन्न होते हैं, पर आमतौर पर 10 से 60% के बीच रहते हैं।

फाइबरग्लास वास्तव में किससे बनता है?

सिलिका, चूना-पत्थर और सोडा ऐश से। सिलिका स्वयं काँच बनाता है, जबकि सोडा ऐश और चूना-पत्थर निर्माण के दौरान गलनांक घटाते हैं।

मार्क बनाने वाले सतही तंत्र कौन-से हैं?

तीन: कार्बनीकरण द्वारा काली मार्किंग, फ़ोम बनने से सफ़ेद मार्किंग, और रंगीन पॉलिमर में लेज़र-प्रेरित ऊष्मीय रासायनिक अभिक्रियाओं से रंग परिवर्तन। कौन-सा तंत्र होगा, यह अवशोषित ऊर्जा और सामग्री के विशिष्ट ऊष्मीय अपघटन मार्ग पर निर्भर करता है।

ग्लास फाइबर

जब किसी मानक प्लास्टिक की संरचनात्मक क्षमता बढ़ानी होती है, तो ग्लास फाइबर मिलाए जाते हैं। मज़बूती में सुधार इसलिए होता है कि अपेक्षाकृत कमज़ोर पॉलिमर भार-प्रतिबल को अधिक मज़बूत प्रबलक फाइबर तक स्थानांतरित करता है। फाइबरग्लास बनाने में सिलिका, चूना-पत्थर और सोडा ऐश प्रयुक्त होते हैं। सिलिका काँच बनाने की मुख्य सामग्री है, जबकि सोडा ऐश और चूना-पत्थर गलनांक घटाने के लिए उपयोग होते हैं।

फाइबरग्लास आमतौर पर ABS, नायलॉन, एसीटल, पॉलीकार्बोनेट, लिक्विड क्रिस्टल पॉलिमर (LCP), PBT, PET, PPS, PEEK और PEI में मिलाया जाता है। फ़िल प्रतिशत भिन्न होने पर भी आमतौर पर 10 से 60% के बीच रहते हैं। ग्लास प्रबलन दो प्रकार के होते हैं — छोटे फाइबर और लंबे फाइबर — और दोनों के अपने लाभ व सीमाएँ हैं।

ग्लास इमर्जेंस सतही दोष

“ग्लास इमर्जेंस” एक गंभीर सतही दोष है जो फाइबरग्लास-भरे इंजेक्शन मोल्डेड उत्पादों को आमतौर पर प्रभावित करता है। ग्लास फाइबर के उजागर होने से सतह ग्लास फाइबर-समृद्ध हो जाती है। प्लास्टिक मेल्ट फ़िलिंग और मोल्डिंग के दौरान अतिरिक्त ग्लास सतह पर बनता है। संघनन और मोल्डिंग के बाद सतह पर सफ़ेद निशान दिखते हैं (फ़ोटो 1 देखें)।

उच्च गुणवत्ता की मार्किंग के लिए मोल्ड किए पार्ट की सतह “रेज़िन-समृद्ध” होनी चाहिए, जिससे लेज़र की ऊर्जा पॉलिमर मैट्रिक्स से अंतःक्रिया करे। इसके विपरीत, ग्लास फाइबर-समृद्ध सतहों पर मार्किंग ख़राब होती है, और अधिक फाइबर मात्रा के साथ समस्या बढ़ती जाती है। फाइबरग्लास स्वयं निकट-IR (NIR) लेज़र प्रकाश का अच्छा अवशोषक नहीं है।

उचित इंजेक्शन मोल्डिंग प्रक्रियाओं के महत्व को कम करके नहीं आँका जा सकता। ग्लास इमर्जेंस के अलावा, तालिका 1 में उन सतही दोषों की सूची है जो लेज़र मार्किंग की गुणवत्ता पर प्रतिकूल असर डाल सकते हैं।

पॉलिमर लेज़र मार्किंग तंत्र

1060-1070 nm तरंगदैर्घ्य वाले NIR बीम-स्टीयर्ड लेज़रों में, लेज़र मार्किंग तंत्र में पॉलिमर को स्थानीयकृत उच्च-ऊर्जा विकिरण स्रोत (लेज़र) से विकिरणित किया जाता है। लेज़र स्रोतों में Ytterbium फाइबर, Vanadate और YAG शामिल हैं। विकिरण ऊर्जा को सामग्री अवशोषित कर ऊष्मीय ऊर्जा में बदल देती है, जिससे सामग्री में अभिक्रियाएँ होती हैं। रंग परिवर्तन के सतही तंत्र ये हैं: 1) कार्बनीकरण द्वारा काली मार्किंग, 2) फ़ोम बनने से सफ़ेद मार्किंग, और 3) रंगीन पॉलिमर में लेज़र-प्रेरित ऊष्मीय रासायनिक अभिक्रियाओं से रंग परिवर्तन। मार्किंग की गुणवत्ता अवशोषित ऊर्जा और सामग्री के विशिष्ट ऊष्मीय अपघटन मार्ग पर निर्भर करती है। एक ही पॉलिमर परिवार के भीतर भी हर पॉलिमर ग्रेड अलग परिणाम दे सकता है।

उच्च गुणवत्ता की मार्किंग के लिए कलरेंट और एडिटिव्स का समांगी वितरण/परिक्षेपण उतना ही महत्वपूर्ण है जितनी रेज़िन-समृद्ध सतहें। वितरण/परिक्षेपण की समस्या है या नहीं, यह जाँचने के लिए लेज़र को पूरे पार्ट की सतह पर लगातार मार्क/स्कैन करने के लिए सेट करने की सलाह दी जाती है। फ़ोटो 2 देखें।

परिणाम (बाएँ से दाएँ) दिखाता है: मोल्ड किया गया पेन जिस पर काले पर सुनहरी क्रोमा मार्किंग उत्कृष्ट है (बाएँ), बीच की दो तस्वीरों में क्रोमा वितरण ख़राब है और सबसे दाएँ में एकसमान वितरण उत्कृष्ट है।

चूँकि अधिकांश पॉलिमर में रासायनिक एडिटिव्स के बिना NIR अवशोषण गुण नहीं होते, विशेषज्ञ लेज़र ऊर्जा के अवशोषण को बढ़ाने के लिए एडिटिव्स, फ़िलर, पिगमेंट और डाई का उपयोग करते हैं। वांछित मार्किंग कंट्रास्ट और कार्यक्षमता के अनुसार बहुत भिन्न फ़ॉर्मूलेशन रसायन और लेज़र ऑप्टिक्स/सेटअप पैरामीटर प्रयुक्त होते हैं। लेज़र एडिटिव्स कंट्रास्ट की मात्रा को अनुकूलित करते हैं और मार्किंग गति को उल्लेखनीय रूप से बढ़ाते हैं। ग्रेन्यूल और पाउडर दोनों रूपों को पूर्व-कंपाउंड की गई रंगीन सामग्री या कलर कंसंट्रेट में मिलाया जा सकता है। कलर कंसंट्रेट की तुलना में पूर्व-कलर कंपाउंड सामग्री अधिक सुसंगत मार्किंग देती है। कौन-सा एडिटिव मिलाना है, यह पॉलिमर संरचना, सब्सट्रेट के रंग, वांछित मार्किंग कंट्रास्ट रंग और अंतिम उपयोग की प्रमाणन आवश्यकताओं पर निर्भर करता है।

लेज़र मार्किंग सिस्टम अत्यंत सटीक और दोहराने योग्य होते हैं। प्रक्रिया सेट हो जाने के बाद लेज़र बिल्कुल वही आउटपुट ऊर्जा सटीकता से लगाता और दोहराता है। इसलिए सतह के किसी भी दोष से मार्किंग में असंगति आएगी।

नीले और काले 30% ग्लास-फिल्ड पॉलीएमाइड (नायलॉन) पर मज़बूत सफ़ेद कंट्रास्ट प्राप्त करना एक चुनौतीपूर्ण अनुप्रयोग है। फ़ोटो 3 देखें।

लेज़र पल्स रिपिटीशन रेट और पीक पावर डेंसिटी मार्क बनाने तथा इष्टतम कंट्रास्ट और गति पाने के लिए महत्वपूर्ण पैरामीटर हैं। पावर बनाम पल्स रिपिटीशन रेट के अंकगणितीय वक्र व्युत्क्रमानुपाती होते हैं।

कम आवृत्ति पर उच्च पीक पावर सतह का तापमान तेज़ी से बढ़ाती है और सामग्री को वाष्पित कर देती है, जबकि सब्सट्रेट में बहुत कम ऊष्मा जाती है। पल्स रिपिटीशन बढ़ने पर कम पीक पावर न्यूनतम वाष्पीकरण करती है, पर अधिक ऊष्मा संचालित करती है। मार्किंग कंट्रास्ट और गुणवत्ता को प्रभावित करने वाले अन्य कारक हैं पल्स विड्थ, फ़ोकल दूरी, बीम वेग और वेक्टर लाइन पृथक्करण दूरी।

निष्कर्ष

निष्कर्षतः, प्लास्टिक पर लेज़र मार्किंग एक उत्कृष्ट प्रक्रिया है। मार्किंग की गुणवत्ता पॉलिमर मैट्रिक्स, एडिटिव्स और कलरेंट, इंजेक्शन मोल्डिंग प्रक्रिया और लेज़र स्रोत पर निर्भर करती है। मोल्ड किए पॉलिमर की सतह की जो समस्याएँ पठनीयता में बाधा डालती हैं, वे उत्पाद की सुरक्षा, प्रदर्शन और कार्यक्षमता को प्रभावित कर सकती हैं। ग्लास इमर्जेंस मोल्डिंग के सतही दोषों का एक प्रकार है जो मार्किंग की गुणवत्ता पर हानिकारक प्रभाव डालता है। मज़बूत लेज़र मार्किंग के लिए पार्ट की सतह का रेज़िन-समृद्ध होना और एकसमान परिक्षेपण/वितरण महत्वपूर्ण हैं।

Scott R. Sabreen, The Sabreen Group, Inc. के संस्थापक और अध्यक्ष हैं, जो प्लास्टिक द्वितीयक प्रसंस्करण में विशेषज्ञ एक इंजीनियरिंग कंसल्टिंग कंपनी है — सतह पूर्व-उपचार, आसंजन बंधन, इंकजेट प्रिंटिंग, लेज़र मार्किंग, औद्योगिक कोटिंग्स, डेकोरेटिंग व फिनिशिंग, और उत्पाद सुरक्षा। वे 30 से अधिक वर्षों से अग्रणी प्रौद्योगिकियाँ विकसित कर रहे हैं और विनिर्माण समस्याएँ सुलझा रहे हैं। उनसे 972.820.6777 पर या www.sabreen.com पर संपर्क किया जा सकता है।

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