Trawienie laserowe

Trawienie laserowe

Kluczowe wnioski

• Trawienie obejmuje wyłącznie górne warstwy powierzchni, zwykle na głębokość kilku mikrometrów.
• Mieści się między znakowaniem a grawerowaniem: jest głębsze niż zmiana barwy, a płytsze niż usuwanie materiału.
• Wybór lasera zależy od materiału: CO2 dla polimerów, laser światłowodowy dla metali i tworzyw sztucznych, UV dla wysokiej rozdzielczości.
• Wymagane jest odsysanie dymów, ponieważ topienie i odparowanie powierzchni uwalniają produkty uboczne.

Trawienie laserowe

Trawienie laserowe to płytki proces powierzchniowy, w którym górna warstwa polimeru zostaje stopiona i nieznacznie przemieszczona. Zmienia to jej teksturę i odbicie światła, dając widoczne oznaczenie, zwykle na głębokość poniżej 0,025 mm. Proces mieści się między znakowaniem powierzchniowym, które niczego nie usuwa, a grawerowaniem, które tworzy mierzalne zagłębienie.

Kontrast w wytrawionym oznaczeniu wynika głównie ze zmiany wykończenia powierzchni, a nie ze zmiany barwy. Błyszcząca powierzchnia wypraski, miejscowo stopiona i ponownie zestalona, rozprasza światło i wygląda jak jaśniejszy, matowy lub przymglony obszar na tle otaczającego połysku. Na przezroczystych polimerach ten sam efekt daje półprzezroczysty, mrożony wygląd.

Różnice w praktyce

Zastosowania w tworzywach sztucznych

• Przezroczyste i bezbarwne polimery: akryl, poliwęglan i przezroczysty PET, gdzie mrożone oznaczenie jest czytelne bez barwnika i dodatków. To klasyczne zastosowanie.
• Powierzchniowe elementy antyrefleksyjne i dotykowe, w których matowy obszar pełni funkcję użytkową, a nie dekoracyjną.
• Zdobienie i oznaczanie marki na błyszczących wypraskach dóbr konsumpcyjnych.
• Elementy wrażliwe na ciepło, w przypadku których niski wkład energii przy jednym płytkim przejściu pozwala uniknąć odkształceń typowych dla grawerowania.

Ograniczenie tej metody wynika wprost z małej głębokości: wytrawione oznaczenie łatwiej wypolerować, zetrzeć lub wytrzeć niż oznaczenie grawerowane. W przypadku części narażonych na długotrwałe ścieranie, działanie chemikaliów lub intensywne cykle czyszczenia trwalsze będzie grawerowanie lub oznaczenie skarbonizowane z użyciem dodatków.

Jak uzyskać czyste trawienie

Ponieważ proces przebiega w wąskim paśmie tuż powyżej progu topnienia, jest bardziej wrażliwy na parametry niż znakowanie czy grawerowanie. Nieco zbyt duża energia prowadzi do grawerowania z towarzyszącym mu zadziorem i zmatowieniem, a nieco zbyt mała daje niejednorodne, plamiste oznaczenie. Wskazówki praktyczne:

• Należy zacząć od małej mocy i dużej prędkości znakowania, a następnie stopniowo zmniejszać prędkość, zamiast zwiększać moc.
• Stosuje się wysoką częstotliwość powtarzania impulsów, tak aby impulsy nakładały się na siebie i tworzyły jednolite matowe pole, a nie pojedyncze wgłębienia.
• Na przezroczystych częściach należy sprawdzić, czy wiązka jest skupiona na zamierzonej powierzchni. Łatwo skupić ją przez materiał na powierzchni tylnej.
• Na poliwęglanie i akrylu należy zwracać uwagę na pękanie naprężeniowe, które może pojawić się dopiero po kilku godzinach od obróbki, a nie od razu.

W pracach z elementami wrażliwymi na ciepło i o wysokich wymaganiach optycznych laser UV na wanadanie daje drobniejszy, czystszy efekt trawienia niż źródło podczerwone, ponieważ oddziaływanie ma w dużej mierze charakter fotochemiczny. Zob. zimne znakowanie laserowe.

Parametry decydujące o wyniku

Trawienie odbywa się w wąskim paśmie tuż powyżej progu topnienia, dlatego zestaw parametrów jest mniej tolerancyjny niż w przypadku znakowania czy grawerowania. Oto parametry regulacyjne i kierunek, w którym każdy z nich zmienia wynik:

Usuwanie usterek wytrawionych oznaczeń na polimerach

Specyfikacja i weryfikacja wytrawionego oznaczenia

Ponieważ wytrawione oznaczenie to zmiana tekstury powierzchni, a nie barwy, ocena wzrokowa przy oświetleniu warsztatowym jest niewiarygodna: to samo oznaczenie wygląda jasno w świetle rozproszonym, a przy źródle kierunkowym jest niemal niewidoczne. Obiektywną specyfikację zapewniają trzy pomiary:

• Głębokość. Profilometria igłowa lub mikroskopia konfokalna w odniesieniu do określonego maksimum. Utrzymanie głębokości poniżej ok. 0,025 mm sprawia, że proces pozostaje trawieniem, a nie grawerowaniem, co ma znaczenie w częściach cienkościennych, gdzie oznaczenie zajmuje część ścianki konstrukcyjnej.
• Kontrast. Należy go mierzyć. Odczyt L* spektrofotometrem wewnątrz i na zewnątrz oznaczenia, w odniesieniu do określonego minimalnego ΔL*, przetrwa audyt, a ocena, że oznaczenie wygląda dobrze, nie. Jeśli oznaczenie zawiera kod, należy go ocenić według ISO/IEC 15415 dla symboli dwuwymiarowych lub ISO/IEC 15416 dla kodów kreskowych liniowych, a klasę akceptacji wpisać do planu kontroli.
• Trwałość. Wytrawione oznaczenia są płytsze niż grawerowane i szybciej nie przechodzą testu ścieralności. Kwalifikację należy przeprowadzić w rzeczywistych warunkach eksploatacji: cykl ścierania Tabera, harmonogram tarcia rozpuszczalnikiem albo konkretna ekspozycja na autoklaw, promieniowanie gamma lub tlenek etylenu, na którą część będzie narażona.

W specyfikacji kontroli należy określić geometrię oświetlenia, a nie tylko liczby akceptacyjne. System wizyjny, który dobrze ocenia wytrawiony kod podczas odbioru, a na linii go odrzuca, niemal zawsze widzi inny kąt oświetlenia, a nie inne oznaczenie.

Powiązane hasła i lektura

• Znakowanie laserowe przezroczystych tworzyw sztucznych
• Znakowanie laserowe akrylu
• Grawerowanie laserowe
• Rozwiązania w zakresie znakowania laserowego tworzyw sztucznych

Zastosowanie w produkcji

The Sabreen Group zapewnia niezależne wsparcie inżynieryjne w opracowywaniu parametrów trawienia laserowego przezroczystych tworzyw sztucznych i wyprasek o błyszczącej powierzchni. 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 trawienie laserowe?

Technika znakowania, która tworzy płytkie, widoczne oznaczenia przez kontrolowane topienie i odparowanie powierzchni. Jest bezkontaktowa i precyzyjna, a zwykle daje oznaczenia o głębokości kilku mikrometrów: trwałe teksty, logo i kody.

Czym trawienie różni się od grawerowania laserowego?

Głębokością i usuwaniem materiału. Grawerowanie usuwa materiał głębiej, tworząc zagłębione elementy, a trawienie obejmuje tylko górne warstwy powierzchni. Znakowanie laserowe jest jeszcze płytsze i często daje zmianę barwy lub reakcję powierzchni bez usuwania materiału.

Który typ lasera pasuje do którego materiału?

CO2 o długości fali 10,6 μm do polimerów, drewna, szkła i niektórych ceramik, które silnie go pochłaniają. Laser światłowodowy 1,06 μm do metali i tworzyw sztucznych, zapewniający wysoką precyzję. UV 355 nm tam, gdzie potrzebna jest wysoka rozdzielczość i minimalne oddziaływanie cieplne.

Jakie parametry decydują o jakości trawienia?

Moc lasera decyduje o stopniu stopienia powierzchni i widoczności oznaczenia. Czas trwania impulsu wpływa na uszkodzenia termiczne i szczegółowość; krótsze impulsy dają czystszy efekt. Prędkość skanowania równoważy nagrzewanie i kontrast. Położenie ogniska określa koncentrację energii na powierzchni.

Jakie właściwości materiału wpływają na wynik?

Temperatura topnienia, absorpcja przy długości fali lasera i przewodność cieplna. Zarządzanie ciepłem jest ważne, aby uniknąć odkształceń lub przebarwień, a odpowiednia wentylacja i odsysanie dymów są potrzebne do usuwania powstających produktów ubocznych.

Jak głębokie jest wytrawione laserem oznaczenie i jak się to mierzy?

Zwykle poniżej 0,025 mm: dość głęboko, by zmienić teksturę powierzchni, ale zbyt płytko, by uznać je za obrobione zagłębienie. Głębokość należy potwierdzić profilometrią igłową lub mikroskopią konfokalną, a nie dotykiem, zwłaszcza na częściach cienkościennych, gdzie głębokość oznaczenia zmniejsza grubość ścianki konstrukcyjnej.

Czy trawienie laserowe osłabia część?

Samo w sobie rzadko, ponieważ dotknięta głębokość jest niewielka. Ryzyko jest pośrednie: trawienie w poprzek wlewu, linii łączenia lub innego obszaru o wysokich naprężeniach resztkowych może wywołać pękanie naprężeniowe w poliwęglanie i akrylu, czasem dopiero po kilku godzinach od obróbki. Oznaczenia należy umieszczać z dala od znanych koncentracji naprężeń, a w razie pękania wypraski wcześniej wygrzewać lub suszyć.

Czy wytrawione oznaczenie przetrwa autoklawowanie i czyszczenie chemiczne?

Zwykle tak, ponieważ kontrast wynika ze zmiany powierzchni polimeru, a nie z nałożonej warstwy. Jest jednak płytsze niż oznaczenie grawerowane, a więc bliższe wypolerowania przez powtarzane agresywne czyszczenie. Kwalifikację należy przeprowadzić w rzeczywistym cyklu: przy faktycznej metodzie sterylizacji, faktycznej chemii czyszczenia i faktycznej liczbie cykli, a nie zakładać trwałość.

---