Tworzywa sztuczne nadające się do znakowania laserowego

Tworzywa sztuczne nadające się do znakowania laserowego

Najważniejsze informacje

• „Nadające się do znakowania laserowego” oznacza zaprojektowane tak, aby reagować, a nie tylko poddane działaniu lasera — reakcja jest wbudowana w recepturę.
• Znaki są trwałe i wysokokontrastowe, odporne na zużycie, ścieranie i chemikalia, bez materiałów eksploatacyjnych.
• PC, ABS, poliamid i polipropylen to podstawowe rodziny tworzyw nadających się do znakowania laserowego.
• Identyfikowalność napędza wdrożenia w wyrobach medycznych, częściach samochodowych i elektronice.

Tworzywa sztuczne nadające się do znakowania laserowego

Tworzywa sztuczne nadające się do znakowania laserowego to polimery, które pod działaniem wiązki lasera dają trwały, wysokokontrastowy znak — dzięki własnej chemii lub, znacznie częściej, dzięki dodatkowi wrażliwemu na laser wprowadzonemu do żywicy. Podatność na znakowanie nie jest stałą cechą rodziny polimerów. Jest cechą konkretnego gatunku, z jego konkretnymi barwnikami, wypełniaczami i pakietem dodatków.

To rozróżnienie jest najczęstszym źródłem rozczarowań w projektach znakowania laserowego. „Polipropylen znakuje się słabo” to użyteczne uogólnienie, ale prawidłowo zaformułowany gatunek polipropylenu znakuje się bardzo dobrze, a niewypełniony, naturalny — prawie wcale.

Dlaczego większość polimerów opiera się znakowaniu przy 1064 nm

Podstawowy laser światłowodowy emituje w bliskiej podczerwieni przy 1064 nm. Szkielety polimerów absorbują przy tej długości fali słabo — energia w dużej mierze przenika przez materiał, zamiast wydzielać się na powierzchni. Coś w recepturze musi ją pochłonąć. Tym czymś jest zwykle:

• Sadza lub inny ciemny pigment;
• Włókno szklane lub wypełniacz mineralny;
• Niektóre barwniki, środki uniepalniające lub stabilizatory, które akurat absorbują; albo
• Specjalnie zaprojektowany dodatek do znakowania laserowego.

Względna podatność na znakowanie według rodzin polimerów

Sposoby uczynienia żywicy podatną na znakowanie

• Wprowadzenie dodatku laserowego do kompozytu. Standardowa droga przemysłowa. Powszechnie stosuje się tlenek cyny domieszkowany antymonem, związki na bazie bizmutu i pigmenty mikowe; udział jest zwykle na tyle mały, że nie zakłóca w istotnym stopniu właściwości mechanicznych ani koloru bazowego. Zob. inteligentne dodatki poprawiają znakowanie laserowe tworzyw sztucznych.
• Zastosowanie masterbatchu wrażliwego na laser. W praktyce ta sama chemia dostarczana do dozowania na wtryskarce — zob. masterbatch do znakowania laserowego.
• Zmiana długości fali. Źródło UV 355 nm znakuje wiele polimerów fotochemicznie w ogóle bez dodatku, przy wyższym koszcie i mniejszej prędkości.
• Wykorzystanie tego, co już jest w materiale. Gatunki wypełnione włóknem szklanym i pigmentowane sadzą często znakują się akceptowalnie bez jakiejkolwiek zmiany receptury.

Kwalifikacja materiału

Ponieważ podatność na znakowanie zależy od gatunku, a nie od rodziny, kwalifikację należy zawsze przeprowadzać na rzeczywistym materiale produkcyjnym, z jego rzeczywistą zawartością barwnika i realistycznym udziałem regranulatu. Kolor znaku, kontrast i czytelność kodu należy mierzyć, a nie oceniać na oko, a recepturę zwalidować na różnych partiach żywicy przed zatwierdzeniem. Zagadnienia te omówiono w artykule o parametrach procesu wpływających na jakość znakowania.

Wstępna ocena żywicy kandydującej

Podatność na znakowanie zależy od gatunku, a nie od rodziny, więc ocena wstępna jest ćwiczeniem pomiarowym, a nie kwestią osądu. Zwięzły protokół oceny, który odpowiada na pytanie handlowe w jednej sesji:

• Wtryskać płytki z rzeczywistego materiału — z produkcyjną zawartością barwnika, produkcyjnym wypełniaczem i udziałem regranulatu, jaki linia faktycznie będzie przetwarzać. Naturalne płytki od dostawcy pochlebnie oceniają niemal każdy gatunek.
• Wykonać macierz moc–prędkość. Siatka pięciu poziomów mocy względem pięciu prędkości znakowania, z każdym polem jako oznaczoną łatą na jednej płytce, odwzorowuje całe okno procesu w jednym detalu i zajmuje kilka minut.
• Zmierzyć każde pole. Zarejestrować L* wewnątrz i na zewnątrz znaku spektrofotometrem. Odczytywanie macierzy na oko to dokładnie ten sposób, w jaki receptura ląduje na krawędzi okna, a nie w jego środku.
• Szukać plateau, a nie szczytu. Najlepsza receptura to środek najszerszego obszaru akceptowalnego kontrastu, ponieważ to ona przetrwa zmienność partii. Pojedyncze pole o najwyższym kontraście jest często krawędzią urwiska.
• Sprawdzić spód znaku. Wykonać przekrój próbki. Wysoki kontrast powierzchniowy uzyskany przez spienianie lub uszkodzenie podpowierzchniowe może osłabić cienką ściankę.
• Powtórzyć na drugiej partii żywicy przed zatwierdzeniem receptury. Zmienność dyspersji barwnika między partiami zmienia kontrast bardziej, niż większość osób się spodziewa.

Co zmienia podatność na znakowanie w obrębie jednego gatunku

Dwie partie nominalnie tego samego materiału mogą znakować się różnie. Oto zwykłe przyczyny, które warto sprawdzić, zanim uzna się, że materiał się zmienił:

Ustalanie kryteriów akceptacji

Specyfikacja podatności na znakowanie, która mówi, że znak ma być czytelny, nie przetrwa audytu klienta ani sporu z dostawcą. Wykonalność zapewniają trzy liczby:

• Minimalna wartość kontrastu — podane ΔL* między znakiem a podłożem, mierzone określonym przyrządem i aperturą, a nie oceniane na oko.
• Minimalna klasa kodu, gdy znak jest odczytywany maszynowo, wg ISO/IEC 15415 dla symboli dwuwymiarowych lub ISO/IEC 15416 dla kodów kreskowych liniowych, z podanym oświetleniem i aperturą obok klasy.
• Warunek trwałości powiązany z rzeczywistym środowiskiem eksploatacji: cykl ścierania, ekspozycja na rozpuszczalniki, metoda sterylizacji lub działanie warunków atmosferycznych, jakim detal faktycznie będzie poddany. Deklaracje trwałości, które nigdy nie były badane w rzeczywistych warunkach, są źródłem większości reklamacji z rynku.

W tym samym dokumencie należy wskazać czynniki wymagające ponownej kwalifikacji — partia żywicy, barwnik, udział regranulatu, zmiana formy i serwis źródła lasera zmieniają wynik.

Powiązane terminy i lektura uzupełniająca

• Dodatki do znakowania laserowego
• Podstawy materiałoznawcze znakowania laserowego tworzyw sztucznych
• Znakowanie laserowe tworzyw wysokotemperaturowych
• Rozwiązania w zakresie znakowania laserowego tworzyw sztucznych
• Cyfrowy paszport produktu

Zastosowanie w produkcji

The Sabreen Group zapewnia niezależne wsparcie inżynieryjne w zakresie oceny podatności żywic na znakowanie i opracowania receptur z dodatkami laserowymi. Jeśli określają Państwo proces, kwalifikują materiał lub usuwają problem produkcyjny, pomocy udzieli nasz zespół usług inżynieryjnych. Prosimy o kontakt, aby omówić Państwa zastosowanie.

Najczęściej zadawane pytania

Co sprawia, że tworzywo jest „nadające się do znakowania laserowego”?

Receptura. Materiał jest zaprojektowany tak, aby precyzyjnie i skutecznie reagować na wiązkę lasera, umożliwiając trwałe, wysokokontrastowe znaki bez farb, etykiet i kontaktu. Większość polimerów bazowych sama z siebie nie robi tego dobrze.

Które tworzywa sztuczne najczęściej znakuje się laserem?

Poliwęglan ze względu na przejrzystość i stabilność; ABS, szeroko stosowany w elektronice użytkowej; poliamid, czyli nylon, trwały i popularny w motoryzacji; oraz polipropylen. Każde reaguje inaczej, a gatunki w obrębie tej samej rodziny mogą się różnić.

Jak trwały jest znak laserowy?

Jest trwały i odporny na zużycie, ścieranie i chemikalia, ponieważ kontrast pochodzi ze zmiany w samym polimerze, a nie z nałożonej warstwy. Nie ma farby, która mogłaby się wytrzeć, ani kleju, który mógłby zawieść.

Czy znakowanie laserowe wymaga materiałów eksploatacyjnych?

Nie. To duża część jego atrakcyjności — nie zużywa się farb, rozpuszczalników, etykiet ani folii, co całkowicie eliminuje z etapu znakowania bieżące koszty materiałów, magazynowanie, odpady przy zmianie asortymentu i utylizację.

Czy ten sam laser może znakować każde tworzywo w wyrobie?

Rzadko bez dostosowania. Różne polimery, a nawet różne gatunki absorbują inaczej, więc zespół z różnych materiałów zwykle wymaga zmian parametrów dla każdego materiału, a czasem innej długości fali lub dodatku dla trudnych podłoży.

Jak ocenić podatność żywicy na znakowanie bez długiej próby?

Wtryskać płytki z rzeczywistego materiału produkcyjnego, następnie wykonać siatkę pięciu poziomów mocy względem pięciu prędkości na jednej płytce i zmierzyć L* w każdym polu spektrofotometrem. Odwzorowuje to całe okno procesu w jednym detalu. Należy wybrać środek najszerszego akceptowalnego obszaru, a nie pojedyncze pole o najwyższym kontraście, ponieważ to plateau przetrwa zmienność między partiami.

Dlaczego dwie partie tego samego gatunku znakują się różnie?

Zwykle przyczyną są dyspersja barwnika, udział regranulatu lub warunki wtrysku, a nie polimer bazowy. Temperatura stopu i szybkość chłodzenia zmieniają krystaliczność powierzchni i połysk, co zmienia pozorny kontrast, nawet gdy sam znak jest identyczny. Jeśli znak dryfuje, a certyfikat materiału się nie zmienił, przed regulacją lasera należy zbadać proces wtrysku.

Co powinna zawierać specyfikacja znakowania laserowego?

Minimalną wartość kontrastu jako podane delta L* z określonym przyrządem pomiarowym i aperturą; minimalną klasę kodu wg ISO/IEC 15415 lub 15416, gdy znak jest odczytywany maszynowo, z podanym oświetleniem; oraz warunek trwałości dopasowany do rzeczywistej eksploatacji — faktyczne ścieranie, rozpuszczalniki, sterylizację lub działanie warunków atmosferycznych. Należy też wskazać czynniki wymagające ponownej kwalifikacji: partia żywicy, barwnik, regranulat, zmiana formy i serwis lasera.

---