Gravação a laser

Gravação a laser

Pontos-chave

• A gravação remove material, indo mais fundo que o etching e muito mais fundo que a marcação superficial.
• O CO₂ a 10,6 µm é o carro-chefe para polímeros, que absorvem fortemente o infravermelho.
• Pulsos curtos reduzem a difusão de calor, produzindo bordas mais limpas e detalhes mais finos.
• A escolha do comprimento de onda é específica para cada material, e errar causa dano em vez de profundidade.

Gravação a laser

A gravação a laser remove material para criar um rebaixo de profundidade mensurável, ao contrário da marcação, que altera a cor da superfície sem remover material. Em plásticos, o feixe leva o polímero além do limiar de vaporização e o material sai na forma de vapor e partículas ejetadas, abrindo uma cavidade normalmente na faixa de 0,05 a 0,5 mm, conforme o número de passadas e os ajustes.

A profundidade é o que define o processo e também o que o torna mais lento, termicamente mais agressivo e mais exigente em exaustão do que a marcação superficial.

Gravação, etching e marcação: comparação

Como obter profundidade sem danos

Em polímeros, a profundidade vem de passadas repetidas e não de potência bruta. Forçar uma única passada deposita calor mais rápido do que ele consegue se dissipar, e o resultado é fusão, descoloração, tensão interna e um lábio arredondado de material ressolidificado na borda da cavidade. Várias passadas mais leves, com resfriamento adequado entre elas, dão uma parede mais limpa e melhor controle dimensional.

Pontos que determinam o sucesso:

• Redeposição de material fundido. Ao contrário dos metais, os termoplásticos fundem antes de vaporizar. O material deslocado pode ressolidificar na borda como uma rebarba elevada, que pode precisar ser prevista em projeto ou removida.
• Zona afetada pelo calor. O calor acumulado causa névoa, crazing e tensão residual ao redor da cavidade, uma preocupação de durabilidade em peças sujeitas a carga ou a esforços ambientais.
• Estratégia de hachura. Hachura cruzada entre passadas e rotação do ângulo de hachura produzem um fundo mais plano do que varrer repetidamente a mesma direção de vetor.
• Comportamento de cargas e reforços. Em resinas com fibra de vidro, o polímero vaporiza, mas o vidro não, deixando fibras expostas na superfície, tema tratado em solucionando a emergência de fibra de vidro.

Segurança e emissões

A gravação gera muito mais produtos de decomposição do que a marcação superficial, e a química do polímero determina o grau de periculosidade. O PVC não deve ser processado a laser: ele libera cloreto de hidrogênio, corrosivo para o operador, a óptica e a estrutura da máquina. Fluoropolímeros como o PTFE liberam produtos de decomposição perigosos na degradação térmica. Mesmo polímeros benignos geram particulados e vapores orgânicos em quantidade.

Exaustão local adequada, com filtragem apropriada, é requisito e não opção, além dos controles de risco do feixe esperados em uma instalação Classe 4 conforme a ANSI Z136.1 e da supervisão de um Responsável pela Segurança a Laser designado.

Quando a gravação é a escolha certa

Especifique a gravação quando a marca precisar resistir a abrasão, exposição química ou longa vida útil; quando for necessário um elemento tátil ou em Braille; quando estiverem sendo produzidas cavidades de molde e ferramental, para que o detalhe apareça em toda peça moldada; ou quando a própria profundidade for funcional. Quando o requisito é apenas um código permanente, legível e de alto contraste, a marcação superficial é mais rápida, mais branda com o material e geralmente a melhor resposta de engenharia.

Estratégia de parâmetros para a profundidade

Em polímeros, a profundidade é construída, não imposta. Os parâmetros interagem, e a ordem em que são ajustados importa mais do que os valores em si:

Solução de problemas em detalhes gravados

Especificação de um detalhe gravado

A gravação remove material estrutural, o que a torna uma decisão de projeto e não apenas de marcação. Um desenho que exige um detalhe gravado deve conter:

• Profundidade com tolerância, e não um valor nominal. A profundidade varia com o lote de resina, a cor e as condições de moldagem, portanto uma indicação sem tolerância não pode ser inspecionada.
• Espessura de parede remanescente no local da gravação, indicada como mínimo. Este é o número que importa para a integridade estrutural e o mais frequentemente omitido.
• Posição em relação a elementos de tensão. Mantenha a gravação longe de pontos de injeção, linhas de solda, nervuras e raios, onde a tensão residual se concentra: uma cavidade ali se torna ponto de início de trinca em serviço.
• Um requisito de condição de borda, já que algum lábio de material fundido é normal em termoplásticos. Ou o permita com um máximo declarado, ou especifique uma operação secundária.
• O método de medição. Perfilometria de estilete, microscopia confocal ou uma amostra seccionada dão respostas diferentes em uma cavidade com fundo arredondado; indicar o método é o que dá sentido à tolerância.

Quando o requisito é apenas um código permanente e legível, reavalie se a profundidade é realmente necessária. A marcação superficial é mais rápida, não remove material e não traz nenhuma dessas restrições.

Termos e leituras relacionados

• Soluções de marcação a laser de plásticos
• Gravação química a laser (etching)
• Solução de problemas de gravação a laser em plásticos
• Como marcar plástico com laser

Aplicando isto na produção

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Perguntas frequentes

O que é gravação a laser?

Um processo de remoção de material de alta resolução que usa um feixe focado para ablar a superfície, criando marcações ou padrões permanentes e profundos. Ao contrário do etching e da marcação, a gravação remove fisicamente material para formar um detalhe rebaixado.

Qual a profundidade da gravação a laser?

Mais profunda que o etching, que afeta apenas os primeiros mícrons da superfície, e muito mais profunda que a marcação, que pode não envolver nenhuma remoção de material. A profundidade real é controlada pela potência, pela duração e frequência dos pulsos, pela velocidade de varredura e pelo número de passadas.

Qual comprimento de onda de laser é adequado para gravar polímeros?

Os lasers de CO₂ a 10,6 µm são os mais usados para polímeros e materiais orgânicos por causa da forte absorção de infravermelho, permitindo a gravação direta com dano térmico mínimo às áreas vizinhas.

Quais parâmetros controlam a qualidade da gravação?

A potência do laser define a taxa de remoção de material, mas há risco de dano térmico se não for controlada. A duração e a frequência dos pulsos afetam a difusão de calor, com pulsos mais curtos dando bordas mais limpas e detalhes mais finos. A velocidade de varredura e o foco completam o conjunto.

Quais problemas devem ser observados?

A absorção específica de cada material significa que o comprimento de onda errado grava mal ou danifica a peça. O calor excessivo causa fusão, descoloração ou microtrincas. E a exaustão de fumos é necessária, pois a ablação gera subprodutos que também contaminam a óptica.

Como aumentar a profundidade sem danificar a peça?

Adicionando passadas, não potência. Várias passadas mais leves, com um intervalo de resfriamento entre elas, dão uma parede mais limpa, melhor controle dimensional e muito menos tensão residual do que uma única passada agressiva. Acima de cerca de 0,2 mm, aplique um deslocamento de foco por passada; caso contrário, o feixe desfoca à medida que a cavidade se aprofunda e a profundidade deixa de aumentar.

O que deve constar na indicação de gravação em um desenho?

Profundidade com tolerância, a espessura de parede mínima remanescente naquele local, a posição em relação a pontos de injeção e linhas de solda, uma condição de borda admissível (já que algum lábio de material fundido é normal em termoplásticos) e o método de medição. A espessura de parede remanescente é o número mais omitido e o que define se o detalhe é estruturalmente aceitável.

Por que o fundo da cavidade sai com ranhuras?

Porque passadas sucessivas estão varrendo a mesma direção de vetor. Girar o ângulo de hachura entre as passadas, normalmente em 45 ou 90 graus, produz um fundo nitidamente mais plano. O espaçamento da hachura também importa: largo demais deixa ranhuras; apertado demais aquece a superfície duas vezes e traz névoa.

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