レーザーマーキング添加剤・レーザー感応添加剤

レーザーマーキング添加剤、レーザー感応添加剤

レーザーマーキングプラスチック添加剤 – 産業用レーザー

The Sabreen Groupのレーザーマーキングプラスチック添加剤および着色剤コンパウンドは、プラスチック材料へのレーザーマーキングおよび彫刻工程を最適化し、環境にやさしく、高価なラベルやインク印刷工程に代わる理想的な手段となります。レーザー感応添加剤はマーキング品質を向上させるだけでなく、耐薬品性・耐スクラッチ性のマーキングを実現し、材料の流動性も改善します。レーザー専用カーボンブラックや酸化チタン、発泡剤といった着色剤技術の最近のブレークスルーにより、優れたコントラスト品質、鮮明なライン端部の再現性、カスタムカラー、そして「オンザフライ」マーキングを含む最速の加工速度が実現しています。産業用ナノ秒MOPAイッテルビウムファイバーレーザーは、短パルス幅波形を生成できるため、プラスチックのマーキングに最適です。

レーザーマーキングプラスチック添加剤

レーザー感応添加剤

レーザーマーキング添加剤と着色剤が生産速度を向上させ、コストを削減

• 優れたマーキング品質、耐摩耗性・耐スクラッチ性
• 堅牢なマシンビジョンコードの読み取り性
• シックスシグマによるプロセス管理

レーザー着色剤マトリックスには、特殊添加剤、顔料、染料、選択的カーボンブラック、酸化チタン、耐スクラッチ剤が低配合量で含まれています。プリコンパウンド材料、カラーコンセントレート、液体着色剤として販売されています。ポリマー特性への影響はゼロであり、業界承認済みの化学組成であるため再認証は不要です。イエローカード認証取得済み。レーザー添加剤、コンパウンド、着色剤はFDA、UL、NEMA、RoHSに準拠しています。

レーザー最適化プラスチック対 従来型プラスチック

「レーザー最適化」材料のすべてが、レーザー感応添加剤と呼ばれる追加の化学物質を必要とするわけではありません。

従来型部品にマーキングする際の一般的な問題は、カーボンブラックなどの着色剤の高濃度がマーキングコントラストを損なうことです。専門家は、近赤外1060〜1070nm、グリーン532nm、UV355nmといったレーザー波長に基づいて色合わせを行いながら、臨界しきい値内に濃度を調整します。この場合、製品は業界認証を維持します。より良いマーキング品質を得るために、すべての用途でレーザー添加剤が必要というわけではありません。従来型プラスチックの改質だけではマーキング向上に不十分な場合、着色剤マトリックスに配合されたレーザー感応添加剤が用いられます。一般的な認識とは異なり、単一の添加剤ですべてのマーキング課題を解決できるものはありません。単一添加剤は多くの場合粉末状であり、取り扱いが難しく、均一な結果を得ることが困難です。

ポリマーのレーザーマーキング表面反応メカニズム

プラスチックのマーキングおよび彫刻に最も広く用いられるレーザーは、イッテルビウムファイバー、バナデート、DPSS、YAGであり、いずれも近赤外領域（1060〜1070nm）で動作します。しかし、多くのポリマーは1060〜1070nmでの吸収特性を持たないため、ポリマー科学とレーザー物理の専門家は、局所的な色変化、熱炭化、化学発泡によるレーザーエネルギー吸収を高める添加剤、充填材、顔料、染料を使用します。適切に配合された場合、レーザーマーキング添加剤、コンパウンド、着色剤はポリマー特性に悪影響を与えず、UL、NEMA、FDA、RoHS、イエローカードなどの要件を満たし、再認証も不要です。レーザー最適化配合の化学組成は、ポリマーの種類と色、マーキングコントラストの色、表面反応メカニズムの種類、レーザー波長など、さまざまな要因の影響を受けます。

イッテルビウムファイバー

適切に配合された場合、レーザーマーキング添加剤、コンパウンド、着色剤はポリマー特性に悪影響を与えず、UL、NEMA、FDA、RoHS、イエローカードなどの要件を満たし、再認証も不要です

4つの異なるプラスチック表面反応メカニズムは、明色・暗色・カスタムカラーなど基材色に対して様々な度合いのマーキングコントラストを生み出します。これらの表面反応は、パルス幅、スポットサイズ、コリメーション、パワー密度、焦点深度などのレーザーマーキングパラメータおよび光学系の調整によって、さらに最適化できます。レーザー光源を制御し、ポリマー表面の温度上昇・下降を管理することで、最も堅牢なマーキング結果が得られます。

• 炭化（チャリング）。チャリング反応は、吸収されたエネルギーが吸収部位周辺の材料の局所温度を上昇させ、ポリマーが熱分解を起こす温度に達したときに発生します。酸素が存在する場合、ポリマーは燃焼しますが、ワークピース内部では酸素不足によりポリマーが炭化し、黒いマークを形成します。マークの黒さは、吸収されたエネルギー量とポリマーの熱分解経路の両方によって決まります。
• 化学変化（発泡）。分解時に蒸気を放出する添加剤を加えることで、ポリマーが発泡します。発泡プロセス中、レーザーエネルギーは発泡剤の近くにある添加剤に吸収されます。この吸収体からの熱により発泡剤が分解し、蒸気を放出します。発泡剤には水酸化アルミニウムや各種炭酸塩が含まれます。チャリングを避けるため、このメカニズムではポリマーが発泡添加剤よりも高い温度で分解する必要があります。レーザー動作パラメータを慎重に制御することで、暗色基材上に高品質な明色コントラストマークを得ることができます。レーザー制御が不十分な場合、脆いマークや低コントラストのマークが生じることがあります。
• 分解による色変化。着色剤混合物中の一方の着色剤がレーザーエネルギーにより分解することで色変化が生じます。安定した無機着色剤と混合されたカーボンブラックはその一例です。加熱するとカーボンブラックが蒸発し、無機着色剤が残ります。
• アブレーション（除去加工）は、ポリマーが十分に加熱されて分解・蒸発が生じ、分解生成物が除去されてエッチング領域が形成される現象です。このメカニズムは低コントラストの彫刻を生み出します。参考までに、連続波（CW）CO2レーザーは波長10.6µm（遠赤外領域）で動作します。CW CO2レーザーはピーク出力が比較的低く、通常プラスチック上で高コントラストのマーキングを生成することはできません。

すべてのプラスチックとレーザーの組み合わせが同一のマークを生み出すわけではありません！

多くの著名な工業製品は、産業用レーザーとSABREENの先進的なレーザーマーキング対応コンパウンドソリューションなしには、手頃なコストでの製造は実現しませんでした。機能的・装飾的な永続マーキングから偽造防止、製品セキュリティに至るまで、レーザーマーキング対応マスターバッチコンパウンドは、マーキング品質とスピードを向上させながらコストを削減します。「コールドレーザーマーキング」や「ハイブリッドレーザー」など、インターネット上には曖昧な用語が氾濫しており、低価格レーザー機器の再販業者・メーカー間の競争も激しい中、機器販売にバイアスのかかる営業担当者の言葉を鵜呑みにして、どのレーザーを購入するか決めないでください。彼らはポリマーおよび着色剤の専門家ではありません。

The Sabreen Groupにお問い合わせいただき、最も効果的なレーザー波長光源を含む当社の先進的なプラスチックレーザーマーキングソリューションと精密なレーザー設定が、貴社の競争優位性の獲得にどのように貢献できるかをご確認ください。

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よくあるご質問

レーザーマーキング添加剤は実際に何をするのですか。

使用波長において、樹脂がレーザーエネルギーへ制御された再現性のある応答を示すようにします。ベースポリマーではほとんど得られないコントラストを生じさせたり、未改質樹脂が必要とするより低いエネルギーで許容できるマーキングを可能にしたりします。レーザーを変えるのではなく、ビーム下での材料の挙動を変えるのです。

適切な添加剤はどのように選定しますか。

四つの要素を同時に突き合わせます。樹脂、部品色、使用可能なレーザー波長、そして用途が求めるコントラストと耐久性です。1064 nmのナチュラルポリプロピレンで良好に働く添加剤が、CO2光源下の顔料入りポリカーボネートでは何の役にも立たないことがあります。選定は組合せの作業であり、量産樹脂での試験が最終判断を与えます。

レーザー添加剤は部品の色や物性を変えますか。

変え得ます。だからこそ色開発の後ではなく並行して評価します。添加量はマーキングに必要な水準に抑え、候補となる添加剤は外観への影響と、部品が満たすべき機械的・規制上の特性への影響の両面から評価します。

FDA適合のレーザー添加剤はありますか。

あります。FDA適合の添加剤は使用実績が記録されており、ポリオレフィン製の医療用シリンジ、侵襲的外科手技に用いる医療用チューブ、毎分2,000個のライン速度でマーキングされるライナーレス飲料用キャップに用いられています。重金属であるアンチモンスズ酸化物を含まない濃黒色添加剤も記録されています。

添加剤とマスターバッチの違いは何ですか。

添加剤は有効成分そのものであり、マスターバッチはその成分を既知濃度でキャリア樹脂に予備分散したもので、生産へ計量供給できるようにしたものです。実務上は性能で添加剤を指定し、取扱いの都合からマスターバッチとして購入し、希釈比がプロセスパラメータになります。