Grawerowanie laserowe

Grawerowanie laserowe

Kluczowe wnioski

• Grawerowanie usuwa materiał, sięgając głębiej niż trawienie i znacznie głębiej niż znakowanie powierzchniowe.
• CO2 o długości fali 10,6 µm to podstawowe narzędzie do polimerów, które silnie pochłaniają podczerwień.
• Krótkie impulsy ograniczają dyfuzję ciepła, dając czystsze krawędzie i drobniejsze szczegóły.
• Dobór długości fali zależy od materiału, a błąd powoduje uszkodzenia, a nie głębokość.

Grawerowanie laserowe

Grawerowanie laserowe usuwa materiał, tworząc zagłębienie o mierzalnej głębokości, w odróżnieniu od znakowania, które zmienia barwę powierzchni bez usuwania materiału. Na tworzywach sztucznych wiązka podnosi temperaturę polimeru powyżej progu odparowania, a materiał opuszcza strefę obróbki w postaci pary i wyrzuconych cząstek, tworząc wnękę o głębokości zwykle 0,05–0,5 mm, zależnie od liczby przejść i ustawień.

O procesie decyduje głębokość, ale to ona sprawia też, że jest on wolniejszy, bardziej agresywny termicznie i wymaga skuteczniejszego odsysania niż znakowanie powierzchniowe.

Grawerowanie, trawienie i znakowanie: porównanie

Jak uzyskać głębokość bez uszkodzeń

Głębokość na polimerach uzyskuje się przez powtarzane przejścia, a nie przez samą moc. Mocniejsze pojedyncze przejście dostarcza ciepło szybciej, niż może ono zostać odprowadzone, co prowadzi do topienia, przebarwień, naprężeń wewnętrznych i zwiniętej krawędzi ze zestalonego tworzywa przy brzegu wnęki. Kilka lżejszych przejść z odpowiednim chłodzeniem między nimi daje czystszą ściankę i lepszą kontrolę wymiarów.

Czynniki decydujące o powodzeniu:

• Ponowne osadzanie stopionego tworzywa. W odróżnieniu od metali tworzywa termoplastyczne topią się przed odparowaniem. Przemieszczony materiał może zestalić się na krawędzi jako wypukły zadzior, który trzeba uwzględnić w projekcie lub usunąć.
• Strefa wpływu ciepła. Skumulowane ciepło powoduje zmatowienie, pękanie naprężeniowe i naprężenia resztkowe wokół wnęki, co jest problemem trwałości w częściach obciążonych lub narażonych na warunki środowiskowe.
• Strategia kreskowania. Kreskowanie krzyżowe między przejściami i obracanie kąta kreskowania dają płaskie dno wnęki, w przeciwieństwie do wielokrotnego skanowania w tym samym kierunku wektora.
• Zachowanie wypełniaczy. W żywicach z włóknem szklanym polimer odparowuje, a szkło nie, przez co na powierzchni pozostają odsłonięte włókna. Opisano to w artykule usuwanie wystających włókien szklanych.

Bezpieczeństwo i emisje

Grawerowanie wytwarza znacznie więcej produktów rozkładu niż znakowanie powierzchniowe, a o ich szkodliwości decyduje chemia polimeru. PVC nie wolno obrabiać laserem: wydziela chlorowodór, który działa korozyjnie na operatora, optykę i korpus maszyny. Fluoropolimery, takie jak PTFE, uwalniają niebezpieczne produkty rozkładu podczas rozpadu termicznego. Nawet łagodne polimery wytwarzają w dużej ilości cząstki stałe i opary organiczne.

Odpowiednia wentylacja wyciągowa miejscowa z właściwą filtracją jest wymogiem, a nie opcją. Obowiązują też środki ochrony przed wiązką, oczekiwane w instalacji klasy 4 zgodnie z ANSI Z136.1, oraz nadzór wyznaczonego pełnomocnika ds. bezpieczeństwa laserowego.

Kiedy grawerowanie jest właściwym wyborem

Grawerowanie należy określić tam, gdzie oznaczenie musi przetrwać ścieranie, działanie chemikaliów lub długi okres eksploatacji; gdzie wymagany jest element dotykowy lub alfabet Braille’a; gdzie wykonuje się gniazda form i oprzyrządowania, aby element pojawiał się na każdej wypresce; albo gdzie sama głębokość pełni funkcję użytkową. Jeśli wymaganiem jest po prostu trwały, czytelny kod o wysokim kontraście, znakowanie powierzchniowe jest szybsze, łagodniejsze dla materiału i zwykle lepszym rozwiązaniem inżynieryjnym.

Strategia parametrów dla uzyskania głębokości

Głębokość na polimerach buduje się stopniowo, a nie wbija jednym uderzeniem. Parametry wzajemnie na siebie wpływają, a kolejność ich regulacji ma większe znaczenie niż same wartości:

Usuwanie usterek grawerowanych elementów

Określanie grawerowanego elementu

Grawerowanie usuwa materiał konstrukcyjny, więc jest decyzją projektową, a nie tylko związaną ze znakowaniem. Rysunek wymagający grawerowanego elementu powinien zawierać:

• Głębokość z tolerancją, a nie wartość nominalną. Głębokość zmienia się w zależności od partii żywicy, barwy i warunków formowania, więc wymiar bez tolerancji nie może być kontrolowany.
• Pozostałą grubość ścianki w miejscu grawerowania, podaną jako minimum. To wartość decydująca o wytrzymałości konstrukcji i najczęściej pomijana.
• Położenie względem elementów naprężeniowych. Grawerowania należy unikać w pobliżu wlewów, linii łączenia, żeber i promieni, gdzie koncentrują się naprężenia resztkowe. Wnęka w takim miejscu staje się w eksploatacji punktem inicjacji pęknięcia.
• Wymaganie dotyczące stanu krawędzi, ponieważ na tworzywach termoplastycznych pewien zwinięty brzeg jest normalny. Należy albo dopuścić go w określonej wartości maksymalnej, albo wskazać operację dodatkową.
• Metodę pomiaru. Profilometria igłowa, mikroskopia konfokalna i przekrój próbki dają różne wyniki dla wnęki o zaokrąglonym dnie, a wskazanie metody nadaje tolerancji sens.

Jeśli wymaganiem jest wyłącznie trwały, czytelny kod, należy zastanowić się, czy głębokość jest w ogóle potrzebna. Znakowanie powierzchniowe jest szybsze, nie usuwa materiału i nie wprowadza żadnych z tych ograniczeń.

Powiązane hasła i lektura

• Rozwiązania w zakresie znakowania laserowego tworzyw sztucznych
• Trawienie laserowe
• Usuwanie problemów z grawerowaniem laserowym na tworzywach sztucznych
• Jak znakować tworzywa sztuczne laserem

Zastosowanie w produkcji

The Sabreen Group zapewnia niezależne wsparcie inżynieryjne w opracowywaniu procesu grawerowania laserowego, kontroli głębokości i obsłudze emisji. Jeśli określają Państwo proces, kwalifikują materiał lub usuwają problem produkcyjny, może pomóc nasz zespół usług inżynieryjnych. Prosimy o kontakt, aby omówić Państwa zastosowanie.

Najczęściej zadawane pytania

Czym jest grawerowanie laserowe?

Proces usuwania materiału o wysokiej rozdzielczości, w którym skupiona wiązka ablacyjnie usuwa powierzchnię, tworząc trwałe, głębokie oznaczenia lub wzory. W przeciwieństwie do trawienia i znakowania grawerowanie fizycznie usuwa materiał, tworząc zagłębiony element.

Jak głębokie może być grawerowanie laserowe?

Głębsze niż trawienie, które obejmuje tylko górne kilka mikrometrów, i znacznie głębsze niż znakowanie, które może w ogóle nie usuwać materiału. Rzeczywistą głębokość kontrolują moc, czas trwania i częstotliwość impulsów, prędkość skanowania oraz liczba przejść.

Jaka długość fali lasera nadaje się do grawerowania polimerów?

Lasery CO2 o długości fali 10,6 µm są najczęściej stosowane do polimerów i materiałów organicznych ze względu na silną absorpcję podczerwieni, co umożliwia bezpośrednie grawerowanie przy minimalnym uszkodzeniu termicznym otaczających obszarów.

Jakie parametry decydują o jakości grawerowania?

Moc lasera określa szybkość usuwania materiału, ale przy braku kontroli grozi uszkodzeniem termicznym. Czas trwania i częstotliwość impulsów wpływają na dyfuzję ciepła; krótsze impulsy dają czystsze krawędzie i drobniejsze szczegóły. Zestaw uzupełniają prędkość skanowania i ognisko.

Na jakie problemy należy zwracać uwagę?

Absorpcja zależna od materiału oznacza, że niewłaściwa długość fali daje słabe grawerowanie lub uszkadza część. Nadmierne ciepło powoduje topienie, przebarwienia lub mikropęknięcia. Konieczne jest też odsysanie dymów, ponieważ ablacja wytwarza produkty uboczne, które dodatkowo zanieczyszczają optykę.

Jak zwiększyć głębokość bez uszkodzenia części?

Przez dodawanie przejść, a nie mocy. Kilka lżejszych przejść z opóźnieniem chłodzenia między nimi daje czystszą ściankę, lepszą kontrolę wymiarów i znacznie mniejsze naprężenia resztkowe niż jedno agresywne przejście. Powyżej ok. 0,2 mm należy stosować przesunięcie ogniska na każde przejście, w przeciwnym razie wiązka rozogniskowuje się wraz z pogłębianiem wnęki i głębokość przestaje rosnąć.

Co powinno zawierać wymaganie dotyczące grawerowania na rysunku?

Głębokość z tolerancją, minimalną pozostałą grubość ścianki w tym miejscu, położenie względem wlewów i linii łączenia, dopuszczalny stan krawędzi, ponieważ na tworzywach termoplastycznych pewien zwinięty brzeg jest normalny, oraz metodę pomiaru. Pozostała grubość ścianki jest wartością najczęściej pomijaną i to ona decyduje, czy element jest konstrukcyjnie akceptowalny.

Dlaczego dno wnęki wychodzi prążkowane?

Ponieważ kolejne przejścia skanują w tym samym kierunku wektora. Obracanie kąta kreskowania między przejściami, zwykle o 45 lub 90 stopni, daje wyraźnie płaskie dno. Ważny jest też odstęp kreskowania: zbyt duży zostawia prążki, zbyt mały powoduje podwójne nagrzanie powierzchni i zmatowienie.

---