การเชื่อมพลาสติกด้วยเลเซอร์

โซลูชันครบวงจรสำหรับการเชื่อมและประกอบพอลิเมอร์ด้วยเลเซอร์

การเชื่อมเทอร์โมพลาสติกด้วยเลเซอร์ทำได้สองวิธีให้ความร้อน: การให้ความร้อนที่ผิว และการให้ความร้อนแบบส่งผ่าน วิธีหลังบางครั้งเรียกว่า "การเชื่อมเลเซอร์แบบส่งผ่าน" (TTLW) หรือ "การเชื่อมอินฟราเรดแบบส่งผ่าน" (TTIr) การเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นหนึ่งในกระบวนการที่ดีที่สุดสำหรับรอยเชื่อมปิดสนิทกันแก๊ส การให้ความร้อนที่ผิวทำได้โดยขยายลำแสงเลเซอร์และให้ความร้อนผิวของชิ้นงานทั้งสองพร้อมกันด้วยกระจก หรือใช้ลำแสงเลเซอร์เส้นหรือจุดเลเซอร์ร่วมกับกระจกสแกนเพื่อสแกนและให้ความร้อนผิวชิ้นงานอย่างรวดเร็วก็ได้

ในการให้ความร้อนแบบส่งผ่านด้วยเลเซอร์ ชิ้นงานหนึ่งโปร่งใสต่อเลเซอร์ ส่วนอีกชิ้นมีสารเติมแต่งอย่างคาร์บอนแบล็กเพื่อดูดกลืนรังสีเลเซอร์แล้วแปลงเป็นความร้อน วัสดุที่อัตราการดูดกลืนสูงเหมาะเป็นชิ้นล่างของการเชื่อมแบบส่งผ่าน เพราะดูดกลืนพลังงานส่วนใหญ่ที่ผิวรอยเชื่อม สร้างชั้นผิวร้อนบางเหมาะแก่การเชื่อม พลาสติกและฟิล์มใสเชิงแสงบางชนิดเชื่อมได้ด้วยความยาวคลื่นยาวขึ้นในช่วง 1500nm ถึงราว 2000nm (2 ไมครอน) เพื่อให้ความร้อนทั้งเนื้อ

เรียนรู้เพิ่มเติมเรื่องการเลือกคาร์บอนแบล็กสำหรับการเชื่อมด้วยเลเซอร์

การเลือกคาร์บอนแบล็ก

เพื่อความสำเร็จของการเชื่อมและประกอบแบบส่งผ่าน

การเชื่อมด้วยเลเซอร์ใช้ประกอบเทอร์โมพลาสติกในงานหลากหลาย เพราะเป็นวิธีให้ความร้อนแบบไม่สัมผัส รอบเวลาเร็ว และต้นทุนต่ำ ทั้งการให้ความร้อนที่ผิวและแบบส่งผ่าน คาร์บอนแบล็กเป็นสารให้สีที่ใช้บ่อยที่สุด พบว่าคาร์บอนแบล็กชนิดที่จับตัวเป็นก้อนน้อยและกระจายตัวดีมีประสิทธิภาพสูงสุดต่อการให้ความร้อนด้วยเลเซอร์

การทดลองสแกนด้วยลำแสงเลเซอร์เส้นแสดงว่าการเอียงหัวเลเซอร์เพียงเล็กน้อยทำให้ความร้อนต่างกันเมื่อเคลื่อนไปข้างหน้าเทียบกับถอยหลัง สำหรับการประกอบพอลิเมอร์ต่างชนิด พบว่าการทำผิวลวดลายเพิ่มพื้นที่รอยต่อและการสลักเชิงกล ให้รอยต่อที่เหนือกว่า

บริการเชื่อมพลาสติกด้วยเลเซอร์ — โซลูชัน SABREEN

ความรู้เชี่ยวชาญของ SABREEN รับประกันความเป็นเลิศของการเชื่อมพลาสติกด้วยเลเซอร์ ประสบการณ์กว่า 40 ปีในสาขาสารเติมแต่งเลเซอร์ พอลิเมอร์และสารให้สี แหล่งเลเซอร์ การออกแบบ ผลิต และผสานระบบ การปฏิบัติตามกฎระเบียบ และกระบวนการฉีดขึ้นรูป

• สูตรและคอมพาวด์เทียบสีเลเซอร์สั่งทำ การปฏิบัติตามกฎระเบียบ ตัวอย่างต้นแบบ มาสเตอร์แบตช์ วัสดุคอมพาวด์สำเร็จ (พรีคัลเลอร์) ลามิเนตเลเซอร์
• การปรับแหล่งเลเซอร์ สมบัติท่อนำคลื่น ระบบแสง และการส่งลำแสงให้เหมาะกับเมทริกซ์พอลิเมอร์-สารให้สี ไฟเบอร์อิตเทอร์เบียม NIR 1060-1080nm วานาเดต ทวีคูณความถี่เขียว 532nm หรือ UV 355nm
• การออกแบบระบบอุปกรณ์เลเซอร์ การผสานระบบครบวงจรและฝึกอบรม ระบบตรวจสอบด้วยภาพ HMI สั่งทำ เอกสารกระบวนการ
• การแก้ปัญหาถึงสถานที่ (ทุกที่ทั่วโลก) การวิเคราะห์กระบวนการเลเซอร์และการปรับระบบให้เหมาะสม อาร์ตเวิร์กเวกเตอร์สั่งทำ
• การรับรองความปลอดภัยเลเซอร์ งานครบชุดรวมการออกแบบและตู้ครอบ CDRH Class 1 เจ้าหน้าที่ความปลอดภัยเลเซอร์ (LSO) สำหรับการตรวจสอบภายใน
• การฉีดขึ้นรูปพลาสติกและการวิเคราะห์เชิงวิเคราะห์ โมลด์โฟลว์ การกระจายตัวของสารเติมแต่ง-สารให้สี

โซลูชันครบวงจร

วัสดุศาสตร์พอลิเมอร์-สารให้สี การฉีดขึ้นรูป เทคโนโลยีเลเซอร์ การผสานระบบและการฝึกอบรม สูตรเฉพาะถูกออกแบบให้ครอบคลุมเทคโนโลยีเลเซอร์หลากหลาย ตัวเลือกแหล่งเลเซอร์ของเรายังช่วยให้ลูกค้ามาร์ก/แกะสลักโลหะได้ตามที่มักต้องการ

สารเติมแต่งเลเซอร์

สารเติมแต่งพลิกโฉมให้ความคมชัดดำสนิท สีอ่อน และสีสั่งทำ ผสมกับพอลิเมอร์ระหว่างขึ้นรูปในรูปมาสเตอร์แบตช์หัวเชื้อสีหรือวัสดุคอมพาวด์สำเร็จ ปริมาณต่ำไม่กระทบสมบัติพอลิเมอร์ใด ๆ มีเวอร์ชันผ่านการรับรอง FDA/EFSA

เทคโนโลยีก้าวล้ำใหม่

สารเติมแต่งสูตรเดียวใหม่ให้ความคมชัดมาร์กดำสนิทและขาวทึบพร้อมกัน เทคโนโลยีในอุดมคติสำหรับแทนฉลากและการพิมพ์หมึกบนขวดเป่าและผลิตภัณฑ์ฉีดขึ้นรูป

ก้านโยกภายในยานยนต์

บัตรพนักงานอัจฉริยะ RFID ระดับรางวัล

ช่องเติมน้ำมันไร้ฝาของยานยนต์

ท่อการแพทย์ ตรงตาม FDA สำหรับหัตถการรุกล้ำ การมาร์กแบบ on-the-fly แทนการพิมพ์หมึก

ความคมชัดมาร์กดำสนิท (Jet Black) สารเติมแต่งใหม่ผ่าน FDA ไม่มีโลหะหนักแอนติโมนี-ดีบุกออกไซด์/ไตรออกไซด์ เหมาะอย่างยิ่งกับงานสัตว์

การมาร์กแบบ on-the-fly บนฝาเครื่องดื่มไร้แผ่นรอง สารเติมแต่งผ่าน FDA ความเร็ว 2,000 ฝาต่อนาที HDPE, PE, พอลิโพรพิลีน และอื่น ๆ

กระบอกฉีดยาพอลิโอเลฟิน สารเติมแต่งเลเซอร์ผ่าน FDA แทนการพิมพ์แพด

การมาร์กกลางวัน/กลางคืน สารเคลือบสูตรน้ำ

ปฏิกิริยาพื้นผิวของการมาร์กด้วยเลเซอร์

สารเติมแต่งเลเซอร์พิเศษฝังในบัตรภาพถ่าย/บัตรประจำตัวเพื่อความปลอดภัยผลิตภัณฑ์

ความก้าวหน้าของสารเติมแต่งเลเซอร์

สิ่งประดิษฐ์ของ SABREEN

ศัพท์การมาร์กด้วยเลเซอร์

"การมาร์กด้วยเลเซอร์" บนพลาสติกคือกระบวนการดิจิทัลแบบไม่สัมผัส ถ่ายทอดข้อมูลถาวรลงบนผิววัสดุเป้าหมายโดยแทรกซึมเนื้อวัสดุน้อยที่สุด ข้อมูลมักเป็นตัวอักษรผสมตัวเลข สัญลักษณ์ กราฟิก โลโก้ แผนภาพ บาร์โค้ด รหัสระบบตรวจสอบด้วยภาพ ฯลฯ เลเซอร์ไฟเบอร์อิตเทอร์เบียมนำลำแสงด้วยกระจก (และรุ่นก่อนอย่าง Nd:YAG ทั้งอาร์กแลมป์และปั๊มไดโอด) ทำงานที่ 1060-1080nm (อินฟราเรดใกล้) มีสมบัติท่อนำคลื่นเหมาะกับความยาวคลื่นและสมรรถนะกำลัง (พีกและเฉลี่ย) ของตน ระบบออปติกเคลื่อนที่ (flying optics) เป็นอีกวิธีมาร์กชิ้นงาน สีเฉพาะของวัสดุพอลิเมอร์บางชนิดยังมาร์กได้ด้วยความยาวคลื่นสั้นลง 532nm (ทวีคูณความถี่) และ UV 355nm

กลไกพื้นฐานของการมาร์กด้วยลำแสงนำทางที่ความยาวคลื่น 1060-1080nm คือฉายรังสีพลังงานสูงใส่พอลิเมอร์ พลังงานรังสีถูกวัสดุดูดกลืนเฉพาะจุดแล้วแปลงเป็นพลังงานความร้อน ความร้อนเหนี่ยวนำปฏิกิริยาในเนื้อวัสดุ ในย่านอินฟราเรดใกล้เกิดปฏิกิริยาได้หลายแบบ ทั้งการไหม้เกรียม การกัดเซาะ และการเปลี่ยนแปลงเคมี ตามผลความคมชัดที่ต้องการ สามารถเลือกเคมีและพารามิเตอร์ระบบเลเซอร์ที่แตกต่างกันมากเพื่อให้ได้ชนิดปฏิกิริยาที่ต้องการ

การคาร์บอไนซ์หรือการไหม้เกรียมเกิดเมื่อพลังงานที่ดูดกลืนยกอุณหภูมิเฉพาะจุดของวัสดุรอบจุดดูดกลืนสูงพอให้พอลิเมอร์สลายตัวด้วยความร้อน หากมีออกซิเจนพอลิเมอร์จะไหม้ แต่ในชิ้นงานที่ออกซิเจนจำกัด พอลิเมอร์จะไหม้เกรียมเป็นรอยดำ ความดำของรอยขึ้นกับพลังงานที่ดูดกลืนและเส้นทางการสลายตัวทางความร้อนของวัสดุ

ตัวอย่าง — ปุ่มคีย์บอร์ดคอมพิวเตอร์ ABS

การกัดผิวพลาสติกด้วยเลเซอร์ (หรือ "ablation") คือกระบวนการดิจิทัลไม่สัมผัสที่ลำแสงเลเซอร์เอาวัสดุออกจากผิวด้วยการระเหยหรือหลอม โดยแทรกซึมน้อยที่สุด ความลึกของการกัดผิวมักไม่เกิน 0.001 นิ้ว

ตัวอย่าง — ปุ่มยานยนต์กลางวัน/กลางคืน

งานกลางวัน/กลางคืนคือการลอกชั้นวัสดุออกเพื่อเผยชั้นสีที่ต้องการ ตัวอย่างแสดงชั้นฐานสีขาวที่ถูกทับด้วยชั้นสีดำหนึ่งชั้นขึ้นไป พอลิเมอร์ฐานมักเป็นพอลิคาร์บอเนตใสหรือ ABS ซึ่งเป็นพอลิเมอร์อสัณฐานทั้งคู่เพื่อส่งผ่านแสง (พื้นหลัง) จาก LED รอยที่ลึกลงในเนื้อวัสดุถือเป็น "การแกะสลัก" ไม่ใช่แค่การกัดผิว

ปุ่มยานยนต์แบ็กไลต์ "กลางวัน/กลางคืน" พ่นสีและกัดผิวด้วยเลเซอร์

การแกะสลักด้วยเลเซอร์ลึกกว่าการกัดผิวและการมาร์ก เลเซอร์ CO2 คลื่นต่อเนื่องที่ความยาวคลื่น 10.6 ไมครอนมักใช้แกะสลักพอลิเมอร์แบบไร้สีโดยตรง อีกการใช้งานคือการแกะสลักหลายชั้นของชั้นสีที่เลือก (สีแกนและสีผิว) เช่น ป้ายชื่อ ฉลาก และป้ายสัญลักษณ์

ความหนาแน่นกำลังเป็นฟังก์ชันของขนาดจุดโฟกัสเลเซอร์ (กำลังเลเซอร์ต่อหน่วยพื้นที่ watts/cm2) ต่างจากกำลังขาออกดิบของเลเซอร์ ขนาดจุดโฟกัสของเลนส์ระยะโฟกัสและความยาวคลื่นหนึ่ง ๆ ขึ้นกับมุมบานของลำแสง ซึ่งควบคุมโดยการตั้งค่าเลเซอร์ ขนาดรูเลือกโหมด และกำลังขยายของตัวขยายลำแสง

อัตราการซ้ำพัลส์ (ผ่าน Q-switch อะคูสโตออปติก) และความหนาแน่นกำลังพีกคือพารามิเตอร์สำคัญในการก่อรอยและได้ความคมชัดกับความเร็วที่เหมาะสมที่สุด กำลังพีกสูงที่ความถี่ต่ำเพิ่มอุณหภูมิผิวอย่างรวดเร็ว ระเหยวัสดุโดยส่งความร้อนเข้าวัสดุน้อยที่สุด เมื่ออัตราการซ้ำพัลส์สูงขึ้น กำลังพีกต่ำลงระเหยน้อยแต่สร้างความร้อนมากขึ้น ความเร็วลำแสง (ความเร็วของลำแสงบนผิวงาน) ก็สำคัญยิ่ง

สารเติมแต่งเลเซอร์เพิ่มระดับความคมชัด และเข้มข้นขึ้นอีกได้ด้วยการเปลี่ยนพารามิเตอร์การตั้งค่าเลเซอร์ พอลิเมอร์มีลักษณะเฉพาะตัวที่ให้ความคมชัดมาร์ก "สีเข้ม" หรือ "สีอ่อน" สารประกอบให้สีบางชนิดที่มีไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) และคาร์บอนแบล็กปริมาณต่ำก็ดูดกลืนแสงเลเซอร์ได้ และบางกรณีช่วยเพิ่มความคมชัด พอลิเมอร์แต่ละเกรดแม้ในตระกูลเดียวกันอาจให้ผลต่างกัน สูตรสารเติมแต่งต้องไม่เป็นพิษและไม่กระทบรูปลักษณ์หรือสมบัติกายภาพและการทำงานของผลิตภัณฑ์

เทียบกับการพิมพ์หมึก (พิมพ์แพด/สกรีนและอิงก์เจ็ท) สารเติมแต่งเลเซอร์ประหยัดต้นทุนและมาร์กเร็วขึ้น 15% (หรือกว่า) เทียบกับสูตรวัสดุที่ไม่ปรับให้เหมาะสม สารเติมแต่งมีทั้งรูปเม็ดและผง แบบเม็ดผสมกับเรซินได้โดยตรง แบบผงแปลงเป็นมาสเตอร์แบตช์ ส่วนใหญ่กระจายตัวในพอลิเมอร์ง่าย ระดับความเข้มข้นโดยน้ำหนัก (ในชิ้นงานสุดท้าย) อยู่ระหว่าง 0.01% ถึง 4.0% ตามชนิดสารเติมแต่งและพอลิเมอร์

ทั้งแบบเม็ดและผงผสมเข้าวัสดุสีคอมพาวด์สำเร็จหรือหัวเชื้อสีได้ การเลือกสารเติมแต่งขึ้นกับองค์ประกอบพอลิเมอร์ สีวัสดุ สีความคมชัดที่ต้องการ และข้อกำหนดการรับรองปลายทาง สารบางชนิดมีส่วนผสมออกไซด์ดีบุกเจือแอนติโมนีกับแอนติโมนีไตรออกไซด์ ซึ่งอาจให้โทน "อมเทา" แก่ความทึบของวัสดุธรรมชาติ (ไม่ย้อมสี) สารอื่นอาจมีอนุภาคอะลูมิเนียม ออกไซด์โลหะผสม และสารประกอบเฉพาะ จากนั้นปรับสีด้วยเม็ดสีและสีย้อมให้ได้การเทียบสีสุดท้าย

ในรูปแบบที่จำหน่ายเชิงพาณิชย์ สารเติมแต่งเฉพาะบางชนิด (ใช้กับการเชื่อมด้วยเลเซอร์ด้วย) ได้รับการรับรอง FDA สำหรับการสัมผัสอาหารและบรรจุภัณฑ์อาหารภายใต้เงื่อนไข A-H ของ 21 CFR 178.3297 สารให้สีสำหรับพอลิเมอร์ สหภาพยุโรปก็มีถ้อยแถลงการปฏิบัติตามที่คล้ายกัน เงื่อนไขการรับรองจำเพาะต่อชนิดพอลิเมอร์ เกณฑ์ระดับการเติม และการสัมผัสทางตรงหรือทางอ้อม การตรวจรับรองเพิ่มเติมของสารผ่าน FDA ที่ผสมใน "ชิ้นงานสุดท้าย" สามารถบรรลุความเข้ากันได้ทางชีวภาพของเครื่องมือแพทย์ (อ้างอิงมาตรฐานสากล ISO-10993)

การเพิ่มความเร็วการมาร์ก

เวลามาร์กชิ้นงานขึ้นกับวัสดุพอลิเมอร์ จำนวนเส้นเวกเตอร์ และความเร็วที่ลำแสง/หัวสแกนกัลวานอมิเตอร์ลากเส้นทั้งหมด ซอฟต์แวร์เลเซอร์และชนิดการเติมเวกเตอร์ (ทางเดียว สองทาง หรือฟันปลา) ก็มีผลต่อเวลามาร์ก

การศึกษาอิสระใหม่แสดงว่าการเติมสูตรสารเติมแต่งเลเซอร์ที่ความเข้มข้นต่ำมาก โดยทั่วไป 0.01% ถึง 2.0% ช่วยเพิ่มความเร็วมาร์กอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ

รูปทางขวาแสดงกราฟการวิเคราะห์เชิงความร้อนโดยน้ำหนัก (TGA) ของพอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูงสองชนิด พอลิเมอร์ทั้งสองมีอุณหภูมิการสลายตัวทางความร้อนต่างกัน ซึ่งเป็นกระบวนการที่สร้างรอยมาร์ก พอลิเมอร์อุณหภูมิสูงกว่าต้องใช้พลังงานเลเซอร์มากกว่า ความเร็วมาร์กต่ำกว่า หรือสารดูดกลืนมากกว่า เพื่อให้ได้รูปลักษณ์รอยเดียวกัน

การวิเคราะห์ TGA จากอุณหภูมิห้องถึง 1000°C ของตัวอย่าง HDPE สองชนิด แสดงความต่างของอุณหภูมิการสลายตัว HDPE B มาร์กง่ายและเร็วกว่า HDPE A

งานขึ้นรูปขั้นต้น

หลังจบวัสดุศาสตร์ "ปรับให้เหมาะกับเลเซอร์" (รวมการกำหนดความคมชัด สีโครมา และพารามิเตอร์เลเซอร์ที่เหมาะสมที่สุด) ขั้นต่อไปคือทดลองขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ผลิตจริงที่อัตราส่วนผสมที่ถูกต้อง ขั้นนี้สำคัญยิ่งต่อการกระจายตัวสม่ำเสมอของเมทริกซ์สีที่ปรับให้เหมาะกับเลเซอร์ หลังขึ้นรูป นำชิ้นงานจริงมามาร์กเพื่อยืนยันผลเดิม

เทคนิคหนึ่งคือโปรแกรมเลเซอร์นำลำแสงให้มาร์ก (สแกน) ต่อเนื่องทั่วผิวผลิตภัณฑ์ รูปทางซ้าย (ซ้ายไปขวา): ปากกาฉีดขึ้นรูปมาร์กเลเซอร์สีทองบนดำ (ซ้าย) สองภาพกลางแสดงการกระจายสีไม่ดี และขวาสุดแสดงการกระจายสม่ำเสมอดีเยี่ยม

ข้อพิจารณาการแปรรูป

ระหว่างเคมีการเติมสาร/เทียบสี ไม่แปลกที่ผลิตภัณฑ์สำเร็จมีสารเติมแต่งเลเซอร์น้อยกว่าปริมาณคำนวณ ปัญหานี้แทบทั้งหมดเกี่ยวกับการกระจายไม่สม่ำเสมอระหว่างอัดรีดหรือขึ้นรูป การปรับเครื่องขึ้นรูปง่าย ๆ เช่น เพิ่มแรงดันย้อนกลับและความเร็วหมุนสกรู แก้ปัญหาส่วนใหญ่ได้ การกระจายตัวสม่ำเสมอของสารเติมแต่งทั่วทุกชิ้นงานสำคัญยิ่งต่อสมรรถนะมาร์กสูงสุด สำหรับงานอัดรีด ฉีดขึ้นรูป และเทอร์โมฟอร์ม วัสดุคอมพาวด์สีสำเร็จให้ความสม่ำเสมอดีกว่าหัวเชื้อสี ควรเลี่ยงการผสมมือ โมลด์โฟลว์และชนิด/ตำแหน่งเกตเป็นปัจจัยสำคัญ

เลเซอร์ไม่ได้เท่าเทียมกันทุกตัว! ชิ้นส่วนฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่ผู้ผลิตใส่ในระบบสร้างความต่างอย่างมากในคุณภาพ ความเร็ว และความอเนกประสงค์ของการมาร์ก เมื่อจัดหาระบบเลเซอร์ พึงจำว่าไม่มีทางออกสากลเพียงหนึ่งเดียว แต่ละงานมีเอกลักษณ์ตามองค์ประกอบและสีของวัสดุพลาสติก คุณภาพมาร์ก ความเร็ว ประสิทธิภาพเลเซอร์ ความคมชัด (เข้มบนอ่อน อ่อนบนเข้ม หรือสี) และต้นทุนระบบรวม

โหมดเอาต์พุตคุณภาพลำแสงหมายถึงการกระจายพลังงานในลำแสงเลเซอร์ และสำคัญยิ่งต่อสมรรถนะมาร์ก ผู้ผลิตส่งมอบเลเซอร์ได้ทั้งแบบมัลติโหมด (MM), TEM00 (โหมดแม่เหล็กไฟฟ้าตามขวาง) หรือระหว่างนั้น รวมถึงโหมดอันดับต่ำ (LOM) โหมดเหล่านี้เกี่ยวข้องกับมุมบานลำแสงและการกระจายกำลังตามเส้นผ่านศูนย์กลางลำแสง ลำแสง TEM00 โฟกัสได้เล็กสุดเท่าที่ชุดโฟกัสยอมให้ และการกระจายพลังงานเข้มสุดที่กึ่งกลางแล้วลดหลั่นสม่ำเสมอสู่ขอบ เอาต์พุต TEM00 ให้คุณภาพลำแสงสูงสุด มัลติโหมด (MM) ให้คุณภาพต่ำสุด

ดูรูปด้านล่าง เลเซอร์โหมดอันดับต่ำและ TEM00 เหมาะเป็นพิเศษกับการมาร์กเวกเตอร์ความเร็วสูงของตัวอักษรลายเส้นเดี่ยว ฟอนต์ TrueType แบบเติมเต็ม และกราฟิกซับซ้อน เพราะโฟกัสเป็นจุดเล็กความหนาแน่นกำลังสูงมากได้ ให้เส้นแคบขอบคมที่ลากได้เร็ว งานพลาสติกส่วนใหญ่เหมาะสุดกับลำแสงใกล้ TEM00 หรือ TEM00

ความหนาแน่นกำลังเป็นฟังก์ชันของขนาดจุดโฟกัส (กำลังต่อหน่วยพื้นที่ watts/cm2) ต่างจากกำลังขาออกดิบ ขนาดจุดโฟกัสของเลนส์และความยาวคลื่นหนึ่ง ๆ ขึ้นกับมุมบานลำแสง ซึ่งควบคุมโดยการตั้งค่าเลเซอร์ ขนาดรูเลือกโหมด และกำลังขยายตัวขยายลำแสง อัตราการซ้ำพัลส์ (ผ่าน Q-switch อะคูสโตออปติก) และความหนาแน่นกำลังพีกคือพารามิเตอร์สำคัญในการก่อรอยและได้ความคมชัดกับความเร็วที่เหมาะสมที่สุด

กำลังพีกสูงที่ความถี่ต่ำเพิ่มอุณหภูมิผิวเร็ว ระเหยวัสดุโดยส่งความร้อนเข้าวัสดุน้อยที่สุด เมื่ออัตราการซ้ำพัลส์สูงขึ้น กำลังพีกต่ำลงระเหยน้อยแต่สร้างความร้อนมากขึ้น ความเร็วลำแสงบนผิวงานก็เป็นปัจจัยสำคัญ

ซอฟต์แวร์ควบคุมเลเซอร์สำคัญเท่าฮาร์ดแวร์ใด ๆ ในระบบมาร์ก อัลกอริทึมซอฟต์แวร์ขั้นสูงให้ความเร็วอย่างที่ไม่เคยมี เครื่องมาร์กเลเซอร์นำลำแสงบางครั้งถูกเข้าใจผิดว่าเป็นเครื่องพิมพ์ (ตั้งโต๊ะ) แท้จริงคือพล็อตเตอร์ แทนที่จะวางพิกเซลทีละจุดเพื่อสร้างตัวอักษรหรือกราฟิก เลเซอร์ลากเส้นเหมือนเขียนดินสอบนกระดาษ ไม่ว่าไฟล์อินพุตต้นทางเป็นฟอร์แมตใด งานมาร์กทั้งหมดจะถูกลดรูปสู่รูปแบบพื้นฐานที่สุด คือรายการเส้นเวกเตอร์ให้หัวสแกนลากและเลเซอร์มาร์ก ฟอร์แมตไฟล์ซับซ้อนที่วิศวกรออกแบบใช้บ่อยอาจไม่ให้การมาร์กเวกเตอร์ดี (หรือเร็ว) ที่สุด ระบบอุปกรณ์มาร์กต้องปลอดภัยและเป็นไปตามมาตรฐาน ANSI Z136

เครื่องมาร์ก Nd:YAG นำลำแสง (แหล่งกำเนิดอาร์กแลมป์และไดโอด) ใช้กระจกติดบนกัลวานอมิเตอร์ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ความเร็วสูง นำลำแสงกวาดผิวที่จะมาร์ก เหมือนเขียนดินสอบนกระดาษ

กัลวานอมิเตอร์แต่ละตัว หนึ่งแกน Y หนึ่งแกน X ให้การเคลื่อนลำแสงในสนามมาร์ก ชุดเลนส์แฟลตฟิลด์โฟกัสแสงเลเซอร์ให้ความหนาแน่นกำลังสูงบนผิววัสดุ รูปขวาแสดงระบบส่งลำแสงเชิงแสงด้วยกัลวานอมิเตอร์ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์

โดยพื้นฐาน ไฟเบอร์เลเซอร์ต่างจากเลเซอร์มาร์กโซลิดสเตตอื่น: ตัวกลางแอ็กทีฟที่สร้างลำแสงกระจายในสายใยแก้วนำแสงเฉพาะทาง ต่างจากเลเซอร์ส่งผ่านไฟเบอร์ เส้นทางลำแสงทั้งหมดอยู่ในสายใยแก้วจนถึงชุดออปติกส่งลำแสง

ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีเลเซอร์เป็นกลไกสำคัญของการพัฒนาสารเติมแต่งเลเซอร์รุ่นใหม่ล่าสุดที่ผ่าน FDA การกำเนิดของเลเซอร์ไฟเบอร์อิตเทอร์เบียมนาโนวินาทีเป็นหนึ่งในความก้าวหน้าสำคัญที่สุดของการมาร์ก เชื่อม และตัด โดยพื้นฐาน ไฟเบอร์เลเซอร์ต่างจากเลเซอร์มาร์กโซลิดสเตตอื่น: ตัวกลางแอ็กทีฟที่สร้างลำแสงกระจายในสายใยแก้วเฉพาะทาง ต่างจากเลเซอร์ส่งผ่านไฟเบอร์ เส้นทางลำแสงทั้งหมดอยู่ในสายใยแก้วจนถึงชุดออปติกส่งลำแสง

ไฟเบอร์เลเซอร์ให้คุณภาพลำแสงและความสว่างเหนือกว่า Nd:YAG หนึ่งในมาตรวัดคุณภาพลำแสงคือ M2 ค่า M2 ยิ่งเล็ก คุณภาพยิ่งดี โดย M2 = 1 คือลำแสงเกาส์เซียนอุดมคติ เลเซอร์คุณภาพลำแสงเหนือกว่าโฟกัสเป็นจุดเล็กได้ นำสู่ความหนาแน่นพลังงานสูง ไฟเบอร์เลเซอร์พัลส์คงที่และแปรผัน (MOPA) พลังงานพัลส์ถึง 1 mJ ความหนาแน่นกำลังสูง มาร์กพอลิเมอร์ที่เคยยากได้หลายชนิด เลเซอร์วานาเดตก็มีค่า M2 เล็กและพัลส์สั้นกว่าไฟเบอร์คงที่และ YAG ระยะพัลส์มีผลต่อระดับความร้อนและการคาร์บอไนซ์ในวัสดุ พัลส์ที่สั้น (กว่า) เป็นข้อได้เปรียบกับงานพอลิเมอร์ที่บอบบาง

IPG Photonics ผู้พัฒนาและผลิตไฟเบอร์เลเซอร์สมรรถนะสูงชั้นนำ มีทั้งเลเซอร์พัลส์คงที่ (บางครั้งเรียก "Q-switch") และพัลส์สั้นแปรผัน (MOPA) การพัฒนางานมีความจำเพาะสูง การเลือกชนิดเลเซอร์ที่จะผสานถูกกำหนดโดยลักษณะเอาต์พุตของเลเซอร์ที่ทำงานกับวัสดุพอลิเมอร์ที่ปรับให้เหมาะสม อ้างอิงกราฟด้านล่าง แสดงรูปพัลส์เชิงเวลาของเลเซอร์ไฟเบอร์อิตเทอร์เบียมพัลส์คงที่และแปรผัน (MOPA) — IPG Photonics

ภาพ 1: รูปพัลส์เชิงเวลาเลเซอร์พัลส์คงที่ IPG ที่ความยาวพัลส์ 100 ns

เมื่อตั้งค่าไฟเบอร์เลเซอร์พัลส์คงที่สำหรับมาร์ก ต้องตั้งค่าอินพุตสองอย่าง

1) อัตราการซ้ำพัลส์ (มักเรียกความถี่พัลส์)

2) กำลังปั๊มเป็นเปอร์เซ็นต์ (100% หมายถึงอินพุตไฟฟ้าสูงสุดที่เป็นไปได้ของไดโอดปั๊ม)

ภาพ 2: รูปพัลส์เชิงเวลาเลเซอร์ MOPA ของ IPG ที่ความยาวพัลส์ 4 ns

เมื่อตั้งค่า MOPA ไฟเบอร์เลเซอร์พัลส์สั้นแปรผัน ต้องตั้งค่าอินพุตสามอย่าง

1) ระยะเวลาพัลส์ (มักเรียกความยาวพัลส์)

2) อัตราการซ้ำพัลส์ (ความถี่พัลส์)

3) กำลังปั๊มเป็นเปอร์เซ็นต์ (100% หมายถึงอินพุตไฟฟ้าสูงสุดที่เป็นไปได้ของไดโอดปั๊ม)

สำหรับกราฟทั้งสองในหน้าก่อน ชุดค่าอินพุตพารามิเตอร์เฉพาะควบคุมสมบัติเอาต์พุตของลำแสง ได้แก่ พลังงานพัลส์ กำลังพีก (ยอดชั่วขณะสูงสุดของพลังงานพัลส์ J/ระยะพัลส์) และกำลังเฉลี่ย (กำลังเฉลี่ยเป็นวัตต์ = พลังงานพัลส์เป็นจูล × อัตราการซ้ำพัลส์เป็น Hz)

อัตราการซ้ำพัลส์และความหนาแน่นกำลังพีกคือพารามิเตอร์สำคัญของการก่อรอยและความคมชัดกับความเร็วที่เหมาะสมที่สุด เส้นโค้งกำลังต่ออัตราการซ้ำพัลส์แปรผกผันกัน กำลังพีกสูงที่ความถี่ต่ำเพิ่มอุณหภูมิผิวเร็ว ระเหยวัสดุโดยส่งความร้อนน้อยที่สุด เมื่อการซ้ำพัลส์เพิ่ม กำลังพีกต่ำลงระเหยน้อยแต่ส่งความร้อนมากขึ้น ปัจจัยเสริมที่มีผลต่อความคมชัดและคุณภาพแน่นอนว่ารวมถึงความเร็วลำแสงและระยะห่างเส้นเวกเตอร์

การมาร์ก "on-the-fly" ทำบนผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปและอัดรีด เช่น สายไฟ/เคเบิล ท่อและท่อส่ง ความเร็วมาร์กของจุกไวน์สังเคราะห์พอลิโอเลฟินและโปรโมชันใต้ฝาเครื่องดื่มไร้แผ่นรอง ทำได้ถึง 2,000 ชิ้นต่อนาทีสำหรับตัวอักษรและกราฟิก ความเร็วขึ้นกับตัวแปรมากมาย: ชนิดพอลิเมอร์ สีวัสดุ ชนิดและระดับสารเติมแต่ง ขนาดเคเบิล (น้ำหนัก) ชนิดและกำลังเลเซอร์ ซอฟต์แวร์ จำนวนตัวอักษร ความสูงข้อความ ความยาวสตริง ระยะห่างอักขระ บาร์โค้ด/ดาต้าเมทริกซ์ โลโก้/กราฟิก ฟอนต์ลายเส้นเดี่ยวหรือ TrueType เติมเต็ม ทิศทางเติม และข้อความต่อเนื่องหรือซ้ำ การใช้สารเติมแต่ง-สารให้สีสูตรถูกต้องรับประกันว่า "ความหนาแน่นกำลัง" ที่ผิวมาร์กไม่ใช่ข้อจำกัด กัลวานอมิเตอร์นำลำแสงจะทำงานที่ความเร็วสูงสุด

เนื่องจากปัจจัยที่มีผลต่อความสามารถมาร์กผลิตแบบ on-the-fly ซับซ้อน ทุกงานต้องตรวจสอบอย่างแม่นยำ แทบไม่มีกฎที่ประมาณการได้ อย่างไรก็ดี เพื่ออ้างอิงทั่วไป พิจารณาตัวอย่างพอลิเมอร์ไนลอนนี้: เลเซอร์ไฟเบอร์ 50 วัตต์ เลนส์แฟลตฟิลด์ 254mm ตัวอักษร 100 ตัว สูง 2mm เป็นสตริงซ้ำยาว 14.68 นิ้ว เวลามาร์ก 0.232 วินาที ความเร็วคำนวณได้ราว 315 ฟุตเชิงเส้นต่อนาที

---