Marcado láser de plásticos con carga de vidrio y minerales: qué cambia al agregar carga

Marcado láser de plásticos con carga de vidrio y minerales: qué cambia al agregar carga

Puntos clave

• La carga por lo general mejora el contraste, porque absorbe y dispersa energía que el polímero base transmitiría.
• La emergencia de fibras es el defecto característico: el polímero se vaporiza a una energía a la que el vidrio no.
• Menor energía y más pasadas es la corrección estándar, no más potencia.
• Los grados con carga y sin carga de una misma resina necesitan recetas y calificaciones independientes.

Gran parte de la guía sobre marcado láser se escribe como si un polímero fuera un solo material. En producción rara vez lo es. La mayoría de los termoplásticos de ingeniería que llegan a una celda de marcado llevan entre 10 y 50 % de fibra de vidrio, microesferas de vidrio, talco, mica o wollastonita, y esa carga cambia el resultado del marcado más que casi cualquier otra variable de formulación: a menudo para bien, ocasionalmente de maneras que arruinan un proceso que de otro modo era bueno.

Por qué la carga ayuda más a menudo de lo que perjudica

La dificultad fundamental del marcado láser de plásticos con un láser de fibra de 1064 nm es que la mayoría de los polímeros apenas absorben en esa longitud de onda. El haz pasa a través en lugar de depositar energía en la superficie. Por lo tanto, cualquier cosa en la formulación que absorba o disperse trabaja a favor del marcado, y la carga hace ambas.

Por eso las resinas de ingeniería con carga con tanta frecuencia se marcan de forma aceptable directamente al salir del molde, mientras que sus equivalentes naturales sin carga necesitan un aditivo láser incorporado. Antes de especificar un aditivo para un grado con carga, márquelo tal como está: el costo puede que ya lo haya pagado la carga.

Emergencia de fibras: el defecto característico

El vidrio y el polímero no responden al láser a la misma energía. El polímero alcanza su temperatura de descomposición y se vaporiza mientras que el vidrio, con un punto de fusión mucho más alto, no. Lo que queda es una marca con puntas de fibra sobresaliendo de la superficie circundante: visualmente áspera, perceptible al tacto y, en aplicaciones de códigos, un problema de legibilidad porque las fibras elevadas dispersan la iluminación del lector.

El instinto es aumentar la potencia para «limpiarlo». Eso lo empeora, al remover más polímero y exponer más fibra. Las correcciones que funcionan:

• Reduzca la energía por pasada y agregue pasadas. Varias pasadas ligeras remueven el polímero de manera más gradual y dejan menos relieve que una sola pasada agresiva.
• Acorte el ancho de pulso cuando la fuente lo permita. Una fuente MOPA ajustada a pulso corto reduce la profundidad térmica y, por lo tanto, la cantidad de polímero perdido alrededor de cada fibra.
• Busque un mecanismo de cambio de color en lugar de remoción. Cuando la carbonización puede producir un contraste adecuado sin ablacionar material, la emergencia de fibras prácticamente desaparece.
• Considere la ubicación de la marca. La orientación de las fibras sigue el flujo, por lo que una marca colocada donde las fibras corren paralelas a la superficie se ve mejor que una donde se presentan de punta.
• Acéptelo donde es solo cosmético. En una superficie oculta que lleva un código de trazabilidad, una marca ligeramente áspera que califica de forma aceptable no es un defecto.

El contenido de carga no es uniforme en toda la pieza

El factor que más se pasa por alto es que una pieza moldeada de «30 % vidrio» no tiene 30 % de vidrio en todas partes. El moldeo por inyección produce una estructura de piel y núcleo: una piel rica en resina donde el fundido se congeló contra el molde y un núcleo donde se concentra la fibra. El marcado remueve o altera esa piel.

Las consecuencias prácticas merecen tomarse en cuenta en el diseño:

• La profundidad de la marca cambia con qué interactúa el láser. Una marca muy superficial ve sobre todo resina; una más profunda llega al núcleo rico en fibra y se comporta de manera distinta.
• El contraste varía con el espesor de pared, porque el espesor de la piel también varía.
• La cercanía a la entrada importa. La orientación y la concentración de la fibra difieren cerca de la entrada, y las marcas colocadas ahí pueden leerse distinto de la misma marca en otro lugar.
• Las condiciones de moldeo modifican el resultado. La temperatura del fundido y la velocidad de inyección cambian el espesor de la piel, por lo que una receta de marcado puede desviarse porque el proceso de moldeo se desvió, sin ningún cambio de material.

Calificación de un grado con carga

• Marque el material de producción, con la carga, el color y la fracción máxima permitida de material remolido de producción. El remolido importa más en resinas con carga, porque el procesamiento repetido acorta las fibras y cambia tanto la apariencia como el flujo.
• Ejecute una matriz de potencia y velocidad en una placa moldeada, midiendo L* en cada celda en lugar de juzgar a simple vista.
• Elija el centro de la región aceptable más amplia, no la celda de mayor contraste: los grados con carga varían de lote a lote y lo que sobrevive a ello es la meseta.
• Examine la superficie con aumento, no solo por el contraste. La emergencia de fibras con frecuencia es invisible a simple vista y evidente para un lector de códigos.
• Califique cualquier código legible por máquina según ISO/IEC 15415 en lugar de inspeccionarlo visualmente.
• Califique por separado las variantes con carga y sin carga. Son materiales distintos para efectos del marcado, sin importar cómo los llame la hoja de datos.

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Preguntas frecuentes

¿La carga de vidrio hace más fácil o más difícil marcar plásticos con láser?

Más fácil, en cuanto a obtener contraste. La carga absorbe y dispersa energía que el polímero base transmitiría, y por eso las resinas de ingeniería con carga con frecuencia se marcan bien sin aditivo láser mientras que sus equivalentes sin carga lo necesitan. La contrapartida es la calidad de superficie: la carga introduce emergencia de fibras y una marca más áspera, por lo que la dificultad pasa de obtener una marca a obtener una limpia.

¿Cómo evito que aparezcan fibras de vidrio en la marca?

Reduzca la energía por pasada y use más pasadas, en lugar de aumentar la potencia. Las fibras aparecen porque el polímero se vaporiza a una energía a la que el vidrio no, por lo que remover más polímero expone más fibra. Acortar el ancho de pulso ayuda cuando la fuente lo permite, y buscar un mecanismo de cambio de color en lugar de remoción de material evita en gran medida el problema cuando el contraste lo permite.

¿Por qué varía la calidad de la marca en una misma pieza moldeada con carga?

Porque el contenido de carga no es uniforme en toda la pieza. El moldeo por inyección produce una piel rica en resina sobre un núcleo rico en fibra, y el espesor de la piel varía con la sección de pared, la cercanía a la entrada y el enfriamiento. El marcado corta esa estructura a profundidades distintas en lugares distintos, por lo que el láser interactúa en la práctica con una composición de material distinta según dónde se encuentre la marca.

¿Puedo usar la misma receta para grados con carga y sin carga de una misma resina?

No. Se comportan como materiales distintos para efectos del marcado sin importar cómo los llame la hoja de datos, porque la carga cambia la absorción, la conductividad térmica y el comportamiento superficial. Califique cada uno por separado y trate un cambio en la carga o en su tipo como un cambio que requiere recalificación y no como una sustitución menor.

¿El material remolido afecta el marcado en resinas con carga?

Más que en las resinas sin carga. El procesamiento repetido acorta las fibras, lo que cambia el flujo, la apariencia de la superficie y la forma en que la carga se distribuye en la piel. Evalúe con la fracción máxima de remolido que se permite en la línea y trate un aumento de la fracción permitida como un cambio de proceso y no como una decisión de compras.

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