סימון בלייזר על פלסטיק, תוספי סימון בלייזר
סימון בלייזר ישיר על חלקי פלסטיק באמצעות לייזרים תעשייתיים
סימון בלייזר של חלקי פלסטיק, חריטה בלייזר וצריבה בלייזר בעזרת צבענים ותוספים רגישי לייזר המעורבבים בתרכובות הפלסטיק מפיקים ניגודיות ואיכות מעולות, מהירות סימון גבוהה יותר ועלות נמוכה יותר. תוספי לייזר יעילים במיוחד בפלסטיק, ובכלל זה ABS, Acetal, Nylon, Polycarbonate, PET/PETG, Polyethylene, Polypropylene, Polyester, PVC, PPS, Polyurethane, גומי ואלסטומרים, Styrene ועוד. מנגנוני הסימון בלייזר כוללים פחמון, שינוי כימי, שינוי צבע ואבלציה, באורכי גל NIR 1060-1080nm, ירוק 532nm ו-UV 355nm.
The SABREEN Group הייתה הראשונה לפתח תוספי לייזר כימיים "חכמים" ולשלב מערכות ציוד לייזר לסימון רכיבי אלקטרוניקה עבור תעשיית התעופה והחלל והצבא האמריקאי/NASA בשנת 1992. המומחיות של SABREEN מבטיחה מצוינות בתהליכי סימון בלייזר, עם למעלה מ-45 שנות ניסיון מעשי בתחומי תוספי הלייזר, פולימרים וצבענים, מקורות לייזר, תכנון מערכות, ייצור ואינטגרציה, עמידה ברגולציה ותהליכי הזרקת פלסטיק.
כיצד לבצע סימון בלייזר על פלסטיק מסוג Nylon
סימון בלייזר על פלסטיק ממולא סיבי זכוכית
תוספי לייזר משפרים את הסימון בלייזר
סימון בלייזר על פלסטיק בקו הייצור
טכנולוגיות סימון בלייזר על PPS
צבענים ותוספים לסימון בלייזר
לא כל סוגי הפלסטיק מגיבים לסימון באותו אופן!
סימון בלייזר על פלסטיק בניגודיות גבוהה תלוי בצבענים, בפיגמנטים ובצבעים מסיסים, בעוצמת הגוון, בחומרים נוגדי שריטות ולעתים בתוספים מיוחדים הסופגים אנרגיית לייזר בתחום האינפרה-אדום, כדי לחולל שינויים פיזיקליים וכימיים בפולימר. הצבענים והתוספים מסופקים בצורת מאסטרבאץ', גרגרים מעורבבים מראש או אבקה, להוספה במהלך תהליכי היציקה הראשוניים. פיזור והתפלגות אחידים של הצבענים והחומרים המותאמים ללייזר הם קריטיים לתוצאות סימון עקביות.
סימון בלייזר על פלסטיק בניגודיות גבוהה
SABREEN עושה שימוש בפחמן שחור ובתחמוצות טיטניום ייעודיים ללייזר, המפיקים איכות ניגודיות וחדות קווי מתאר מעולות בהשוואה לתרכובות צבענים מקובלות. פלסטיק המכיל סוג או ריכוז שגויים של פחמן שחור או תחמוצת טיטניום מניב תוצאות סימון ירודות ובלתי קריאות. ברשותנו חלופות רבות לתחמוצות בדיל מסופחות אנטימון עבור יישומים המחייבים עמידה בדרישות FDA וברגולציה.
מומחים לסימון בלייזר תעשייתי
פתרונות מלאים ממקור אחד לסימון בלייזר על פלסטיק – ממדע החומרים ועד אינטגרציית מערכות בהתאמה אישית.
שירותים טכניים
- פורמולציות ותרכובות להתאמת צבע ללייזר בהתאמה אישית, עמידה ברגולציה, דוגמאות אב-טיפוס – מאסטרבאץ', חומרים מעורבבים מראש (pre-color), למינטים ללייזר.
- תכנון מערכות ציוד לייזר, אינטגרציית מערכות עד מפתח והדרכה, ראייה ממוחשבת, ממשק אדם-מכונה (HMI) בהתאמה אישית, תיעוד תהליכים.
- פתרון בעיות באתר הלקוח (בכל מקום בעולם), ניתוח תהליכי לייזר ואופטימיזציה של מערכות, הכנת קבצים וקטוריים בהתאמה אישית.
- הסמכת בטיחות לייזר, יישום מלא הכולל תכנון ומארז CDRH Class 1, קצין בטיחות לייזר (LSO) לביקורות פנימיות.
- הזרקת פלסטיק וניתוח אנליטי, זרימת חומר בתבנית, פיזור והתפלגות של תוספים וצבענים.
- שירותי סימון בקבלנות משנה
מנגנוני סימון בלייזר
בסימון בלייזר על פלסטיק המנגנון הוא הקרנת הפולימר במקור קרינה עתיר אנרגיה, למשל לייזר סיב מסוג Ytterbium. אנרגיית הקרינה נספגת מקומית בחומר ומומרת לאנרגיה תרמית, המחוללת תגובות במצע הפולימרי. בסימון בלייזר על פלסטיק בתחום האינפרה-אדום הקרוב קיימים שלושה סוגי תגובות פני שטח: 1) פחמון או חריכה, 2) שינוי כימי ויצירת קצף ו-3) שינוי צבע כתוצאה מפירוק. את כל תגובות פני השטח אפשר להשיג באמצעות לייזר אחד, על ידי שינוי ההגדרות (הספק, קצב חזרת הפולסים, מהירות הסימון) בתוכנת הסימון בלייזר. לייזרי CO2 בגל רציף (CW) פועלים באורך גל של 10.6 מיקרון (תחום האינפרה-אדום הרחוק). ללייזרי CO2 בגל רציף יש הספק שיא נמוך והם אינם מסוגלים להפיק סימון בניגודיות גבוהה על פלסטיק.
פתרונות סימון בלייזר
פתרונות סימון בלייזר תעשייתיים. פלסטיק וצבענים, תוספי לייזר, הזרקת פלסטיק, לייזרים ואופטיקה, אינטגרציית מערכות.
תוספי לייזר וצבענים
תוספי לייזר חוסכים בעלויות ומפיקים ניגודיות סימון מעולה ומהירות גבוהה יותר.
טכנולוגיה חדשה
תוסף בפורמולציה אחת מפיק ניגודיות סימון בלייזר בשחור עמוק ובלבן אטום באותו מחזור עבודה. פתרון אידיאלי להחלפת תוויות והדפסה בדיו על בקבוקי פלסטיק ומוצרים מיוצקים. עומד בדרישות FDA.
יישומי סימון בלייזר על פלסטיק
ידית פנים לרכב
תג עובד חכם עטור פרסים, RFID.
פתח תדלוק ללא מכסה לרכב
צנרת רפואית העומדת בדרישות FDA להליכים כירורגיים פולשניים. סימון בלייזר תוך כדי תנועה מחליף הדפסה בדיו.
ניגודיות סימון בלייזר בשחור עמוק. התוסף החדש עומד בדרישות FDA. אינו מכיל את המתכת הכבדה תחמוצת בדיל-אנטימון או תלת-תחמוצת אנטימון. אידיאלי ליישומים בבעלי חיים.
סימון בלייזר תוך כדי תנועה של פקקי משקאות ללא אטם. תוסף העומד בדרישות FDA. מהירות סימון של 2,000 פקקים בדקה. HDPE, PE, Polypropylene ועוד.
סימון בלייזר על פלסטיק באמצעות לייזרי סיב תעשייתיים
לייזרי סיב מסוג Ytterbium, בגרסת MOPA ובגרסת פולס קבוע, אידיאליים לסימון ולחריטה של פלסטיק. תפקידו של לייזר הסימון הוא להקרין את פני החלק (הפולימר) במקור קרינה מקומי עתיר אנרגיה (לייזר). אנרגיית הקרינה נספגת בחומר ומומרת לאנרגיה תרמית, המחוללת בחומר תגובות "תרמו-כימיות". עצמת ההקרנה והפלואנס הם פרמטרים מרכזיים בסימון פלסטיק. על העצמה משפיעים תדר הפולסים, הספק הלייזר, גודל נקודת המיקוד ורוחב הפולס. על הפלואנס משפיעים עצמת האלומה, מהירות הסורק, חפיפת הפולסים וקוטר האלומה הממוקדת. פרמטרי העצמה והפלואנס מאוזנים בקפידה בהתאם לסוג הפלסטיק, כדי להשיג איכות מיטבית.
מונחון סימון בלייזר
"סימון בלייזר" על פלסטיק הוא תהליך דיגיטלי ללא מגע, שבו מוטבע מידע בלתי מחיק על פני המצע תוך חדירה מינימלית לחומר. המידע מופיע בדרך כלל בצורת טקסט אלפאנומרי, סמלים, גרפיקה, לוגואים, סכמות, ברקודים, קודים לראייה ממוחשבת וכדומה. לייזרי סיב מסוג Ytterbium עם הטיית אלומה (וקודמיהם, לייזרי Nd:YAG בשאיבת מנורת קשת ובשאיבת דיודות), הפועלים בתחום 1060-1080nm (אינפרה-אדום קרוב), מציגים תכונות גלוליך אידיאליות המתאימות לאורך הגל הנפלט ולביצועי ההספק שלהם (הספק שיא והספק ממוצע). אופטיקה נעה היא שיטה חלופית לסימון חלקים. צבעים נבחרים של חומרים פולימריים מסוימים ניתנים לסימון גם באורכי גל קצרים יותר: 532nm (הכפלת תדר) ו-UV 355nm.
המנגנון הבסיסי של סימון בלייזר עם הטיית אלומה, באורך גל של 1060-1080nm, הוא הקרנת הפולימר במקור קרינה עתיר אנרגיה. אנרגיית הקרינה נספגת מקומית בחומר ומומרת לאנרגיה תרמית, וזו בתורה מחוללת תגובות במצע החומר. בתחום אורכי הגל של האינפרה-אדום הקרוב אפשריים כמה סוגי תגובות, ובהם חריכה, אבלציה ושינוי כימי. בהתאם לניגודיות הסימון הרצויה אפשר לבחור כימיה שונה לחלוטין ופרמטרים שונים של מערכת הלייזר, כדי להשיג את סוג התגובה המועדף.
תגובת פחמון או חריכה מתרחשת כאשר האנרגיה הנספגת מעלה את הטמפרטורה המקומית של החומר סביב אתר הבליעה לרמה גבוהה דיה כדי לגרום לפירוק תרמי של הפולימר. בנוכחות חמצן הדבר מוביל לשריפת הפולימר, אולם בתוך גוף החלק אספקת החמצן מוגבלת וגורמת לחריכת הפולימר וליצירת סימון שחור. כהות הסימון תלויה באנרגיה הנספגת וכן במסלול הפירוק התרמי של החומר.
דוגמה – כיפות מקשים למקלדת מחשב מחומר ABS
צריבה בלייזר של פלסטיק (המכונה גם "אבלציה") היא תהליך דיגיטלי ללא מגע, שבו אלומת הלייזר מסירה חומר מפני המצע באמצעות אידוי או המסה, תוך חדירה מינימלית. עומק הצריבה בלייזר אינו עולה בדרך כלל על 0.001 אינץ'. דוגמה: לחצני רכב לתאורת יום/לילה.
ביישום יום/לילה מסירים שכבות חומר כדי לחשוף שכבת צבע מסוימת. בדוגמה מוצג ציפוי בסיס לבן שמעליו ציפוי שחור בשכבה אחת או יותר. פולימר הבסיס הוא בדרך כלל Polycarbonate שקוף או ABS, שניהם פולימרים אמורפיים המעבירים תאורה אחורית ממקורות LED. סימונים עמוקים יותר לתוך המצע ייחשבו "חריטה" בחומר, ולא צריבה של פני השטח בלבד.
חריטה בלייזר היא תהליך עמוק יותר מצריבה בלייזר ומסימון בלייזר. לייזרי CO2 בגל רציף הפועלים באורך גל של 10.6 מיקרומטר משמשים בדרך כלל לחריטה ישירה וחסרת צבע של פולימרים. יישום חריטה נוסף הוא חריטה רב-שכבתית של שכבות צבע נבחרות (צבע הליבה וצבע פני השטח), למשל בתגי שם, בתוויות ובשילוט.
צפיפות ההספק היא פונקציה של גודל נקודת הלייזר הממוקדת (הספק לייזר ליחידת שטח, watts/cm2). זהו נתון שונה מהספק המוצא הגולמי של הלייזר. גודל נקודת הלייזר הממוקדת, עבור כל אורך מוקד עדשה ואורך גל נתונים, הוא פונקציה של התבדרות אלומת הלייזר, הנשלטת על ידי תצורת הלייזר, גודל הצמצם לבחירת המוד והגדלת המקולימטור (מרחיב האלומה).
קצב חזרת הפולסים (באמצעות Q-switch אקוסטו-אופטי) וצפיפות הספק השיא הם פרמטרים קריטיים ליצירת הסימון ולהשגת ניגודיות ומהירות מיטביות. הספק שיא גבוה בתדר נמוך מעלה במהירות את טמפרטורת פני השטח ומאדה את החומר, תוך הולכת חום מזערית אל תוך המצע. ככל שקצב חזרת הפולסים עולה, הספק השיא הנמוך יותר מפיק אידוי מזערי אך יוצר יותר חום. גם מהירות האלומה (מהירות תנועת אלומת הלייזר על פני שטח העבודה) היא גורם קריטי.
תוספי לייזר משפרים את מידת הניגודיות, שאותה אפשר להעצים עוד באמצעות שינוי פרמטרי הכיוונון של הלייזר. לפולימרים תכונות מובנות המניבות ניגודיות סימון "כהה" או "בהירה". תרכובות צבענים מסוימות המכילות כמויות קטנות של תחמוצת טיטניום (TiO2) ופחמן שחור עשויות אף הן לבלוע אור לייזר ולשפר במקרים מסוימים את ניגודיות הסימון. אפילו בתוך אותה משפחת פולימרים, כל דרגת פולימר עשויה להניב תוצאות שונות. פורמולציות התוספים אינן יכולות להיות רעילות או לפגוע במראה המוצר או בתכונותיו הפיזיקליות והפונקציונליות.
בהשוואה לתהליכי הדפסה בדיו (הדפסת פד, הדפסת רשת והזרקת דיו), תוספי לייזר חוסכים בעלויות ומדגימים מהירויות סימון גבוהות ב-15 אחוזים או יותר לעומת פורמולציות חומר שאינן מותאמות. תוספי לייזר מסופקים בצורת גרגרים ובצורת אבקה. מוצרי הגרגרים ניתנים לערבוב ישיר עם שרף הפולימר, ואילו צורות האבקה מומרות למאסטרבאץ'. רובם מתפזרים בקלות בפולימרים. בהתאם לתוסף ולפולימר, רמת ריכוז ההוספה לפי משקל (בחלק הסופי) נעה בין 0.01 אחוז ל-4.0 אחוזים.
אפשר לערבב את שתי הצורות, גרגרים ואבקה, בחומר צבוע מעורבב מראש או בתרכיז צבע. בחירת התוסף המתאים תלויה בהרכב הפולימר, בצבע המצע, בצבע ניגודיות הסימון הרצוי ובדרישות ההסמכה של השימוש הסופי. תוספים מסוימים מכילים תערובות של תחמוצת בדיל מסופחת אנטימון ותלת-תחמוצת אנטימון, העלולות להקנות גוון "אפרפר" לאטימות הטבעית (הבלתי צבועה) של המצע. תוספים אחרים עשויים להכיל חלקיקי אלומיניום, תחמוצות מתכת מעורבות ותרכובות קנייניות.
התאמות צבע מבוצעות באמצעות פיגמנטים וצבעים מסיסים כדי להשיג את מראה התאמת הצבע הסופי. בצורתם המסחרית, תוספים מסוימים (המשמשים גם לריתוך בלייזר) קיבלו אישור FDA למגע עם מזון ולשימוש באריזות מזון, בתנאים A-H של 21 CFR 178.3297 Colorant for Polymers. באיחוד האירופי קיימות הצהרות תאימות דומות. תנאי ההסמכה ספציפיים לסוג הפולימר, לסף רמת ההוספה ולמגע ישיר או עקיף. הסמכה נוספת של תוספים מאושרי FDA המעורבבים בחלק הסופי יכולה להשיג תאימות ביולוגית של מכשירים רפואיים (בהתאם לתקן הבינלאומי ISO-10993).
השגת מהירויות סימון גבוהות יותר
הזמן הדרוש לסימון חלק הוא פונקציה של המצע הפולימרי, מספר הקווים הווקטוריים המשורטטים ומהירות שרטוטם על ידי אלומת הלייזר וראש הסריקה הגלוונומטרי. גם תוכנת הלייזר וסוג המילוי הווקטורי – חד-כיווני, דו-כיווני או נחשי – משפיעים על זמן הסימון.
מחקרים עצמאיים חדשים מראים כי אפשר להשיג מהירויות סימון גבוהות יותר, ברמת מובהקות סטטיסטית, באמצעות שילוב פורמולציות של תוספי לייזר בריכוזים נמוכים מאוד, בדרך כלל 0.01% עד 2.0%.
האיור שמימין מציג גרף של אנליזה תרמוגרווימטרית (TGA) עבור שני סוגי פוליאתילן בצפיפות גבוהה. שני הפולימרים מציגים טמפרטורות שונות של פירוק תרמי – התהליך שיוצר את סימון הלייזר. הפולימר בעל טמפרטורת הפירוק הגבוהה יותר ידרוש אנרגיית לייזר רבה יותר, מהירויות סימון נמוכות יותר או תוספים בולעים בשיעור גבוה יותר, כדי להשיג מראה סימון זהה.
אנליזות תרמוגרווימטריות (TGA) מטמפרטורת הסביבה ועד 1000°C של שתי דוגמאות HDPE, המראות הבדלים בטמפרטורות הפירוק התרמי. HDPE B ייסמן בקלות ובמהירות רבות יותר מאשר HDPE A.
תהליכי היציקה הראשוניים
לאחר השלמת שלב מדע החומרים המותאם ללייזר (הכולל קביעת הניגודיות המיטבית, גוון הכרומה ופרמטרי הכיוונון של הלייזר), השלב הבא הוא ביצוע ניסוי יציקה בתבנית הייצור בפועל, ביחס הדילול הנכון. שלב זה קריטי להבטחת פיזור והתפלגות אחידים של מטריצת הצבע המותאמת ללייזר. לאחר היציקה מסמנים בלייזר את חלקי המוצר בפועל, כדי לאשר את התוצאות המקוריות.
אחת השיטות היא לתכנת את לייזר הטיית האלומה לסמן (לסרוק) ברציפות את כל פני המוצר. באיור שמשמאל מוצג (משמאל לימין) עט כתיבה מיוצק בהזרקה עם סימון בלייזר בכרומה זהב על שחור (משמאל), שתי התמונות האמצעיות מציגות התפלגות כרומה ירודה, והתמונה הימנית ביותר מציגה התפלגות אחידה ומצוינת.
שיקולי עיבוד
בשלב ההוספה של תוסף הלייזר וכימיית התאמת הצבע, לא נדיר שמוצר מוגמר מכיל פחות תוסף לייזר מהכמות המחושבת. בעיה זו נובעת כמעט תמיד מהתפלגות לא אחידה בתהליך האקסטרוזיה או היציקה. כיוונונים פשוטים במכונת ההזרקה, כגון העלאת לחץ הנגד ומהירות סיבוב הבורג, יפתרו את מרבית התקלות. התפלגות ופיזור הומוגניים של תוספי הלייזר בכל חלק וחלק הם קריטיים להשגת ביצועי סימון מיטביים. בתהליכי אקסטרוזיה, הזרקת פלסטיק ותרמופורמינג, חומרים מעורבבים וצבועים מראש מניבים אחידות טובה יותר מאשר תרכיז צבע. יש להימנע מערבוב ידני. זרימת החומר בתבנית וסוג השער ומיקומו הם גורמים חשובים.
לא כל הלייזרים נולדו שווים! רכיבי החומרה והתוכנה שיצרן הלייזר משלב במערכותיו יוצרים הבדלים משמעותיים באיכות הסימון, במהירות ובגמישות. ברכישת מערכות לייזר חשוב לזכור שאין פתרון אוניברסלי אחד. כל יישום ייחודי מבחינת הרכב מצע הפלסטיק וצבעו, איכות הסימון, המהירות, נצילות הלייזר, הניגודיות (כהה על בהיר, בהיר על כהה או צבעונית) ועלות המערכת הכוללת.
מוד המוצא של איכות האלומה מתייחס להתפלגות האנרגיה בתוך אלומת הלייזר, והוא קריטי לביצועי הסימון. היצרנים מספקים לייזרים כרב-מודיים (MM), כ-TEM00 (Transverse Electromagnetic Mode) או בכל מצב ביניים, לרבות מוד מסדר נמוך (LOM). מודי מוצא אלה קשורים לגורמים ובהם התבדרות האלומה והתפלגות ההספק לרוחב קוטר אלומת הלייזר.
אלומת לייזר מסוג TEM00 ניתנת למיקוד לנקודה הקטנה ביותר שהאופטיקה הממקדת מאפשרת, והתפלגות האנרגיה באלומת TEM00 עוצמתית ביותר במרכזה ודועכת באופן אחיד מהמרכז אל השוליים. מוצא לייזר TEM00 מספק את איכות האלומה הגבוהה ביותר, ואילו מוצא לייזר רב-מודי (MM) מספק את איכות האלומה הנמוכה ביותר. ראו את האיור להלן. לייזרים במוד מסדר נמוך ובמוד TEM00 מתאימים במיוחד לסימון וקטורי במהירות גבוהה של תווים אלפאנומריים בקו יחיד, גופני true-type מלאים וגרפיקה מורכבת, הודות ליכולתם להשיג נקודת מיקוד קטנה בצפיפויות הספק גבוהות מאוד, המניבה קו צר מאוד בעל שוליים מוגדרים היטב שניתן לשרטטו במהירות. מרבית יישומי הפלסטיק מיטביים בשימוש באלומות TEM00 או קרובות ל-TEM00.
מערכות סימון בלייזר Nd:YAG עם הטיית אלומה (מקורות אור מסוג מנורת קשת ודיודות) עושות שימוש במראות המותקנות על גלוונומטרים מהירים בשליטת מחשב, כדי להוליך את אלומת הלייזר על פני השטח המיועד לסימון, בדומה לכתיבה בעיפרון על נייר.
כל גלוונומטר, אחד בציר Y ואחד בציר X, מייצר את תנועת האלומה בתוך שדה הסימון. מכלול עדשות שדה שטוח ממקד את אור הלייזר להשגת צפיפות הספק גבוהה על פני המצע. האיור שמימין מציג מערכת אופטית להולכת האלומה באמצעות גלוונומטרים בשליטת מחשב.
לייזרי סיב שונים באופן מהותי מלייזרי סימון אחרים במצב מוצק. בלייזרי סיב, המדיום הפעיל המייצר את אלומת הלייזר מפוזר בתוך כבל סיב אופטי ייעודי. בשונה מלייזרים המועברים בסיב, כל מסלול האלומה עובר בתוך כבל הסיב האופטי עד לאופטיקת הולכת האלומה.
ההתקדמות בטכנולוגיית הלייזר תרמה תרומה מכרעת לפיתוח המהיר של הדור החדש של תוספי לייזר מאושרי FDA. הופעתם של לייזרי סיב מסוג Ytterbium בסדר גודל של ננו-שניות היא אחת ההתקדמויות המשמעותיות ביותר לסימון, לריתוך ולחיתוך. לייזרי סיב שונים באופן מהותי מלייזרי סימון אחרים במצב מוצק. בלייזרי סיב, המדיום הפעיל המייצר את אלומת הלייזר מפוזר בתוך כבל סיב אופטי ייעודי. בשונה מלייזרים המועברים בסיב, כל מסלול האלומה עובר בתוך כבל הסיב האופטי עד לאופטיקת הולכת האלומה.
לייזרי סיב מניבים איכות אלומה ובהירות מעולות בהשוואה ללייזרי Nd:YAG. מדד אחד לאיכות האלומה הוא M2. ככל שערך M2 קטן יותר, איכות האלומה טובה יותר, ואילו M2 = 1 מייצג את אלומת הלייזר הגאוסיאנית האידיאלית. לייזר בעל איכות אלומה מעולה ניתן למיקוד לנקודה קטנה, המובילה לצפיפות אנרגיה גבוהה. לייזרי סיב בפולס קבוע ובפולס משתנה (MOPA), עם אנרגיית פולס של עד 1 mJ וצפיפות הספק גבוהה, מסוגלים לסמן פולימרים רבים שנחשבו בעבר קשים לסימון. גם לייזרי ונדאט מתאפיינים בערך M2 קטן וברוחב פולס קצר יותר מלייזרי סיב בפולס קבוע ומלייזרי YAG. משך הפולס משפיע על מידת החום והפחמון בחומר. רוחב פולס קצר יותר עשוי להיות יתרון ביישומים פולימריים רגישים.
חברת IPG Photonics, מפתחת ויצרנית מובילה של לייזרי סיב בעלי ביצועים גבוהים, מציעה הן לייזרים בפולס קבוע (המכונים לעתים Q-switch) והן לייזרים בפולס קצר משתנה (MOPA). פיתוח היישום הוא ספציפי מאוד. בחירת סוג הלייזר לאינטגרציה נקבעת על פי מאפייני המוצא של הלייזר בתגובת הגומלין שלו עם החומר הפולימרי המותאם. ראו את הגרפים להלן, המציגים צורות פולס בזמן של לייזרי סיב מסוג Ytterbium באורך פולס קבוע ומשתנה (MOPA) – IPG Photonics.
איור 1. צורת הפולס בזמן של לייזר IPG באורך פולס קבוע, באורך פולס של 100 ns
בכיוונון לייזר סיב באורך פולס קבוע לצורך סימון, יש להגדיר שני נתוני קלט.
1) קצב חזרת הפולסים (המכונה לעתים קרובות תדר הפולסים)
2) הספק השאיבה באחוזים (100 אחוז מציין את מרב הקלט החשמלי האפשרי לדיודות השאיבה)
איור 2. צורת הפולס בזמן של לייזר IPG MOPA באורך פולס של 4 ns
בכיוונון לייזר סיב MOPA בפולס קצר משתנה לצורך סימון, מגדירים שלושה נתוני קלט.
1) משך הפולס (המכונה לעתים קרובות אורך הפולס)
2) קצב חזרת הפולסים (תדר הפולסים)
3) הספק השאיבה באחוזים (100 אחוז מציין את מרב הקלט החשמלי האפשרי לדיודות השאיבה)
בשני הגרפים שבעמוד הקודם, השילוב המסוים של נתוני הפרמטרים שולט בתכונות המוצא של אלומת הלייזר, קרי אנרגיית הפולס, הספק השיא (השיא הרגעי הגבוה ביותר של אנרגיית הפולס, J חלקי משך הפולס) וההספק הממוצע (הספק ממוצע בוואט = אנרגיית הפולס בג'אול כפול קצב חזרת הפולסים ב-Hz).
קצב חזרת הפולסים וצפיפות הספק השיא הם פרמטרים קריטיים ליצירת הסימון ולהשגת ניגודיות ומהירות מיטביות. עקומות ההספק מול קצב חזרת הפולסים נמצאות ביחס הפוך. הספק שיא גבוה בתדר נמוך מעלה במהירות את טמפרטורת פני השטח ומאדה את החומר, תוך הולכת חום מזערית אל תוך המצע. ככל שקצב חזרת הפולסים עולה, הספק שיא נמוך יותר מפיק אידוי מזערי אך מוליך יותר חום. גורמים נוספים המשפיעים כמובן על ניגודיות הסימון ואיכותו הם מהירות האלומה ומרחק ההפרדה בין הקווים הווקטוריים.
סימון בלייזר תוך כדי תנועה מבוצע על מוצרים מיוצקים ועל מוצרי אקסטרוזיה, כגון חוטים וכבלים, שפופרות וצינורות. מהירויות הסימון של פקקי יין סינתטיים מפוליאולפין ושל מבצעי קידום מכירות מתחת לפקקי משקאות ללא אטם מגיעות ל-2,000 יחידות בדקה עבור טקסט אלפאנומרי וגרפיקה. מהירות הסימון היא פונקציה של משתנים רבים, ובהם סוג הפולימר, צבע המצע, סוג תוסף הלייזר ורמת ההוספה שלו, גודל הכבל (משקל), סוג הלייזר והספקו, התוכנה, מספר התווים האלפאנומריים, גובה הטקסט, אורך מחרוזת הטקסט, המרווח בין התווים, ברקוד או data matrix, לוגואים וגרפיקה, גופנים בקו יחיד או גופני true-type מלאים, כיוון המילוי וטקסט רציף או חוזר. שימוש בתוסף ובצבען בפורמולציה נכונה יבטיח שצפיפות ההספק בפני הסימון לא תהיה הגורם המגביל, אלא שהגלוונומטרים של הטיית האלומה יפעלו במהירות המרבית.
בשל מורכבות הגורמים המשפיעים על יכולת הסימון תוך כדי תנועה בייצור, יש לבחון כל יישום בדייקנות. כמעט שאין כללים שניתן להסיק מהם הכללה. עם זאת, לצורך המחשה כללית, הנה דוגמה לפולימר Nylon: לייזר סיב בהספק 50 ואט, עדשת שדה שטוח 254mm, 100 תווים אלפאנומריים בגובה 2mm, המרכיבים מחרוזת טקסט חוזרת באורך 14.68 אינץ', בזמן סימון של 0.232 שניות. המהירות המחושבת היא כ-315 רגל אורך בדקה.
בקשו הצעת מחיר ללא עלות
Scott Sabreen — נשיא ומהנדס ראשי, עם למעלה מ-30 שנות מומחיות. צרו קשר עוד היום כדי לדון ביישום שלכם ובפתרונות SABREEN, ללא עלות וללא התחייבות. הביאו אלינו את האתגרים הקשים ביותר שלכם.
טלפון: +1 972-820-6777
