Come coloranti e pigmenti cambiano i risultati della marcatura laser

Come coloranti e pigmenti cambiano i risultati della marcatura laser

Punti chiave

• Il colorante decide spesso la marcatura, più del polimero di base.
• Il nerofumo assorbe intensamente a 1064 nm, quindi i gradi neri si marcano spesso senza alcun additivo.
• Alcuni pigmenti organici sbiadiscono o cambiano colore sotto il fascio, producendo marcature che nessuno aveva specificato.
• Ogni colore è una qualifica a sé. Una ricetta comprovata su un colore di un grado non si trasferisce a un altro.

Se si chiede perché una marcatura laser è fallita, la risposta che viene di solito offerta è il polimero. Se si chiede che cosa è cambiato effettivamente tra il campione che funzionava e la produzione che non funziona, la risposta è molto più spesso il colore. I coloranti sono presenti in dosaggi bassi e raramente vengono trattati nelle specifiche di marcatura, eppure dominano di routine il risultato.

Tre modi in cui un colorante cambia l'esito

Il terzo meccanismo è quello che sorprende le persone. Ci si aspetta normalmente che una marcatura scurisca o schiarisca il substrato; dove il pigmento stesso si decompone, il colore della marcatura è determinato da ciò in cui il pigmento si trasforma, che può non essere né l'uno né l'altro.

Comportamento per tipo di colorante

• Nerofumo. Un forte assorbitore a 1064 nm anche a basso dosaggio. I gradi neri si marcano quindi spesso senza un additivo laser: vale la pena verificarlo prima di specificarne uno. La difficoltà sul nero è l'opposto: produrre una marcatura chiara, che richiede l'espansione e in genere una sorgente MOPA.
• Biossido di titanio (bianco). Molto opaco e diffondente. Fornisce un eccellente contrasto di fondo per una marcatura scura, ma riflette e diffonde il fascio, per cui può servire più energia per raggiungere la soglia di marcatura. Alti dosaggi di TiO2 possono rendere un grado più difficile da marcare nonostante l'attraente contrasto.
• Pigmenti inorganici: ossidi di ferro, blu oltremare, ossidi metallici misti. In genere termicamente stabili, quindi sopravvivono all'evento di marcatura e si comportano in modo prevedibile. Molti assorbono in modo utile.
• Pigmenti organici e coloranti. Il gruppo meno prevedibile. Molti si decompongono alle temperature di marcatura, schiarendosi o cambiando tonalità. Ciò può essere sfruttato deliberatamente, ma molto più spesso produce un risultato indesiderato su un colore scelto per l'aspetto e non per la lavorazione.
• Pigmenti perlescenti e ad effetto. Gli effetti a base di mica sia diffondono la luce sia rispondono al fascio, e interferiscono con la misura del contrasto perché la lettura cambia con l'angolo di osservazione.
• Coloranti fluorescenti. Spesso sensibili al calore, e la fluorescenza può andare persa nella marcatura e attorno ad essa, lasciando un alone visibile ben oltre l'elemento previsto.

Perché ogni colore richiede una propria qualifica

È comune qualificare una ricetta di marcatura su un colore di un grado e rilasciarla per l'intera famiglia di colori. Questa pratica produce puntualmente problemi, perché il pacchetto di pigmenti differisce tra i colori per dosaggio, chimica e stabilità termica. Una ricetta tarata su un grado naturale applicata a uno blu produce una marcatura debole; tarata sul nero e applicata al bianco, brucia.

Come si presenta un approccio difendibile:

• Trattare il colore come parte della specifica del materiale, non come una variante estetica. La ricetta di marcatura viene qualificata per grado e colore.
• Analizzare ogni colore di produzione con una matrice potenza-velocità, misurando L* anziché giudicare a occhio.
• Registrare una ricetta separata per colore e richiamarla, anziché regolare a mano al cambio.
• Riabbinare lo standard di colore in presenza di un additivo laser. Un colore approvato sulla resina non modificata non si manterrà una volta che un assorbitore è stato compoundato.
• Indicare la variazione del colorante come causa di riqualifica, compreso il cambio di fornitore del pigmento a parità nominale di colore.

Diagnosi di un problema di marcatura legato al colore

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Domande frequenti

Perché la stessa resina si marca in modo diverso in colori diversi?

Perché il pacchetto di pigmenti differisce tra i colori per dosaggio, chimica e stabilità termica, e i pigmenti interagiscono direttamente con il fascio. Il nerofumo assorbe intensamente, il biossido di titanio diffonde e molti pigmenti organici si decompongono alle temperature di marcatura. Il polimero di base è identico; ciò con cui il laser interagisce realmente non lo è.

Le materie plastiche nere richiedono un additivo laser?

Spesso no. Il nerofumo è un forte assorbitore a 1064 nm anche a basso dosaggio, quindi i gradi neri si marcano spesso bene senza alcun additivo: vale la pena verificarlo prima di pagarne uno. Il problema più difficile sul nero è produrre una marcatura chiara, che richiede l'espansione anziché la carbonizzazione e in genere una sorgente MOPA con durata d'impulso ridotta.

Una ricetta di marcatura può essere condivisa tra i colori dello stesso grado?

Non dovrebbe. Qualificare su un colore e rilasciare per l'intera famiglia è una pratica comune e una fonte sicura di problemi di produzione, perché una ricetta tarata sul nero brucerà il bianco e una tarata sul naturale marcherà a malapena un grado pigmentato. Si registri e si richiami una ricetta separata per colore e si consideri la variazione del colorante, compreso un cambio di fornitore a parità nominale di colore, come causa di riqualifica.

Perché la mia marcatura è venuta di un colore del tutto sbagliato?

Molto probabilmente è un pigmento organico che si decompone sotto il fascio, anziché il polimero che degrada. Il colore della marcatura è allora determinato da ciò in cui il pigmento si trasforma, che può essere più chiaro, una tonalità diversa o semplicemente imprevedibile. Dove il colore lo consente, sostituire il pigmento con uno inorganico termicamente stabile risolve il problema; dove non lo consente, l'energia di marcatura va ridotta quanto basta a lasciare intatto il pigmento.

Come va misurato il contrasto su un grado perlescente o ad effetto metallico?

Con la geometria di misura fissata e indicata nel metodo di ispezione, perché i pigmenti ad effetto cambiano aspetto con l'angolo di osservazione e l'illuminazione. In caso contrario, fornitore e cliente otterranno legittimamente letture diverse dallo stesso componente. Si fissi la geometria prima di concordare una tolleranza, non dopo la prima controversia.

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