สารเติมแต่งเลเซอร์แบบใช้งานคู่ขับเคลื่อนการมาร์กและการเชื่อมพอลิเมอร์

สารเติมแต่งเลเซอร์แบบใช้งานคู่ขับเคลื่อนการมาร์กและการเชื่อมพอลิเมอร์

สารเติมแต่งเลเซอร์แบบใช้งานคู่ที่ผสมลงในพอลิเมอร์ระหว่างการแปรรูปขั้นต้น ช่วยให้มาร์กและเชื่อมแบบส่งผ่านพอลิเมอร์ทั้งชนิดใสและชนิดทึบแสงได้ สารเติมแต่งเคมีชนิดใหม่ รวมถึงชนิดที่เป็นไปตามข้อกำหนดของ FDA และข้อกำหนดทางการแพทย์ ให้รอยเชื่อมแบบปิดผนึกสนิทที่มีความแข็งแรงสูง และให้ความคมชัดของรอยมาร์กแบบทึบแสงที่ลบไม่ออก กระบวนการมาร์กด้วยเลเซอร์และการเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นแบบไม่สัมผัส ควบคุมง่าย และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม การมาร์กและการเชื่อมพอลิเมอร์ซึ่งออกแบบสำหรับเลเซอร์และอุปกรณ์ความเร็วสูงราคาไม่แพง ตอบโจทย์การใช้งานที่ซับซ้อนในปัจจุบัน

ประเด็นสำคัญ

• สารประกอบเดียว สองกระบวนการ สารเติมแต่งแบบใช้งานคู่รองรับทั้งการมาร์กและการเชื่อมแบบส่งผ่านในวัสดุเดียวกัน
• TTLW ดำเนินการสามขั้นตอน ได้แก่ การให้ความร้อน การหลอมรวม (melding) และการเชื่อม โดยเวลาเชื่อมโดยทั่วไปอยู่ที่ 1 ถึง 8 วินาที
• ชิ้นงานสองชิ้นต้องมีสมบัติทางแสงตรงข้ามกัน ชิ้นบนต้องยอมให้ความยาวคลื่นผ่านได้ ส่วนชิ้นล่างต้องดูดซับความยาวคลื่นนั้นในชั้นบาง ๆ
• การดูดซับในระดับกลางเป็นกรณีที่แย่ที่สุด เพราะทำให้ความร้อนกระจายทั่วทั้งความหนา ทำให้ชิ้นงานไม่เหมาะเป็นทั้งชิ้นบนและชิ้นล่างของรอยต่อ
• การเชื่อมด้วยเลเซอร์ให้รอยปิดผนึกสนิทโดยไม่มีครีบส่วนเกิน ไม่มีอนุภาค มีเขตที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนน้อยที่สุด และไม่ทำให้พื้นผิวชิ้นงานเสียหาย

คำถามที่พบบ่อย

“การส่งผ่าน” (through transmission) ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์หมายความว่าอะไร

เลเซอร์ผ่านชิ้นบนที่โปร่งใสต่อเลเซอร์ และถูกดูดซับที่พื้นผิวของชิ้นล่างที่ดูดซับเลเซอร์ ชิ้นงานถูกประกอบล่วงหน้าและยึดจับให้พื้นผิวรอยต่อสัมผัสกันแนบสนิท และรอยเชื่อมก่อตัวที่รอยต่อนั้น

การเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบส่งผ่านมีกี่ขั้นตอน

สามขั้นตอน ในขั้นการให้ความร้อน เลเซอร์ทำให้พอลิเมอร์ที่ดูดซับเลเซอร์ที่รอยต่อร้อนขึ้น จึงขยายตัวและเพิ่มความดันในการเชื่อม ในขั้นการหลอมรวม การขยายตัวเพิ่มเติมทำให้ความดันสูงขึ้นและเกิดการเชื่อมเล็กน้อย ในขั้นการเชื่อม วัสดุหลอมเหลวมีมากพอที่จะยุบตัวก่อรอยเชื่อมจริง โดยทั่วไปประมาณ 0.13 mm

วัสดุที่มีสารตัวเติมเชื่อมด้วยเลเซอร์ได้หรือไม่

วัสดุที่มีสารตัวเติมเคยเชื่อมได้ที่ใยแก้วสูงถึง 50% แต่ไม่ใช่สำหรับรอยปิดผนึกสนิท สารตัวเติม สารเติมแต่ง และเม็ดสีล้วนเปลี่ยนการตอบสนองของพอลิเมอร์ต่อลำแสงเลเซอร์ ความเหมาะสมของวัสดุจึงอ่อนไหวในการเชื่อมด้วยเลเซอร์มากกว่ากระบวนการยึดติดอื่นใด

เหตุใดจึงเลือกการเชื่อมด้วยเลเซอร์แทนการเชื่อมด้วยอัลตราโซนิกหรือแผ่นความร้อน

เป็นแบบไม่สัมผัส ใช้แรงยึดจับเบา ๆ ใต้แผ่นกระจกเรียบ จึงไม่ทำให้ชิ้นงานเสียหายและไม่ส่งผ่านแรงสั่นสะเทือน รอยเชื่อมอยู่ใต้พื้นผิวและแทบมองไม่เห็น พื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนเล็กมากจึงป้องกันชิ้นส่วนบอบบางที่วางไว้ล่วงหน้าได้ ไม่มีครีบส่วนเกินต้องตัดแต่ง และทำรอยปิดผนึกสนิทกันแก๊สได้

เชื่อมพลาสติกต่างชนิดเข้าด้วยกันด้วยเลเซอร์ได้หรือไม่

ได้ หากเป็นไปตามเกณฑ์ด้านแสงและความร้อนที่จำเป็น พอลิเมอร์แต่ละชนิดยอมให้ความยาวคลื่นเชื่อมหลักทั้งสามผ่านได้ต่างกัน จึงต้องประเมินวัสดุทั้งสองร่วมกันแทนที่จะประเมินแยกกัน

การใช้งานผลิตภัณฑ์

พอลิเมอร์สีใส กึ่งโปร่งแสง และทึบแสง รวมถึงไนลอน พอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต (PET) พอลิคาร์บอเนต พอลิโอเลฟิน พอลิไวนิลคลอไรด์ (PVC) สไตรีนิกส์ และเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ (TPE) และเทอร์โมพลาสติกพอลิยูรีเทน (TPU) ได้รับการปรับสูตรเฉพาะโดยใช้สารเติมแต่งที่ไม่มีโลหะหนักและได้รับการรับรองจาก FDA และสำนักงานความปลอดภัยทางอาหารแห่งสหภาพยุโรป (EFSA) เพื่อให้ได้คุณภาพรอยมาร์กที่มีความคมชัดสูง รวมถึงผลิตภัณฑ์ที่เชื่อมด้วยเลเซอร์ (รูปที่ 1) ความใสของพอลิเมอร์ การส่งผ่านสเปกตรัม และสมบัติทางกายภาพพื้นฐานไม่ได้รับผลกระทบ การมาร์กด้วยเลเซอร์ดิจิทัลแบบไม่สัมผัสมาแทนที่ฉลากกาวและกระบวนการพิมพ์ด้วยหมึกเคมีที่มีราคาแพง ผลลัพธ์คือต้นทุนคุ้มค่า เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และให้ความสวยงามที่เหนือกว่า

กลไกปฏิกิริยาที่พื้นผิวในการมาร์กด้วยเลเซอร์

ความก้าวหน้าในการปรับสูตรสารเติมแต่งเคมีสำหรับเลเซอร์ที่ใช้กับเลเซอร์อินฟราเรดใกล้ (NIR) (ความยาวคลื่น 1,060-1,080nm) รวมถึงความเข้ากันได้กับเลเซอร์ไฟเบอร์อิตเทอร์เบียม เลเซอร์วาเนเดต และเลเซอร์ Nd:YAG พอลิเมอร์ส่วนใหญ่ไม่มีสมบัติการดูดซับ NIR หากไม่มีสารเติมแต่งเคมี พอลิเมอร์ที่เลเซอร์มาร์กได้คือพอลิเมอร์ที่ดูดซับแสงเลเซอร์และเปลี่ยนจากพลังงานแสงเป็นพลังงานความร้อน สารเติมแต่ง สารตัวเติม เม็ดสี และสีย้อมใช้เพื่อเสริมการดูดซับพลังงานเลเซอร์ให้เกิดการเปลี่ยนสีเฉพาะจุด เคมีของสูตรและพารามิเตอร์ระบบเลเซอร์/ทัศนศาสตร์ที่แตกต่างกันมากถูกกำหนดค่าตามความคมชัดของรอยมาร์กและหน้าที่การใช้งานที่ต้องการ

กลไกปฏิกิริยาที่พื้นผิวที่พบบ่อยสองแบบแสดงในรูปที่ 1 แบบแรก อาจเกิด “การเผาเป็นคาร์บอน” (carbonization) หรือ “การไหม้เกรียม” (charring) ทางความร้อนและเคมี ซึ่งพลังงานที่ถูกดูดซับในวัสดุรองรับทำให้อุณหภูมิเฉพาะที่ของวัสดุรอบจุดดูดซับสูงพอที่จะทำให้พอลิเมอร์สลายตัวด้วยความร้อน ความเข้มหรืออ่อนของรอยมาร์กขึ้นกับพลังงานที่ดูดซับ รวมถึงเส้นทางการสลายตัวด้วยความร้อนที่เป็นเอกลักษณ์ของวัสดุ การปรับตั้งค่าเลเซอร์ให้เหมาะสมทำให้มีคราบคาร์บอนบนพื้นผิวน้อยที่สุด

ปฏิกิริยาที่พื้นผิวแบบที่สอง คือ “การเกิดโฟม” (foaming) เป็นการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่เกิดจากการใช้สารเติมแต่งที่ปล่อยไอน้ำระหว่างการสลายตัว ทำให้พอลิเมอร์เกิดฟอง ในกระบวนการเกิดโฟม พลังงานเลเซอร์ถูกดูดซับโดยสารเติมแต่งที่อยู่ใกล้กับสารก่อโฟม ความร้อนจากตัวดูดซับทำให้สารก่อโฟมสลายตัวและปล่อยไอน้ำ ด้วยการควบคุมพารามิเตอร์การทำงานของเลเซอร์อย่างแม่นยำ จึงสร้างรอยมาร์กสีอ่อน “สีขาว” ที่มีคุณภาพสูงและทนทานบนวัสดุรองรับสีเข้มได้

ปฏิกิริยาที่สาม (ไม่แสดงในรูป) ใช้พลังงานเลเซอร์ให้ความร้อนหรือทำให้สารให้สีหนึ่งชนิดในส่วนผสมของสารให้สีสลายตัว ทำให้สีเปลี่ยน ตัวอย่างคือส่วนผสมของคาร์บอนแบล็กกับสารให้สีอนินทรีย์ที่เสถียร เมื่อได้รับความร้อน คาร์บอนแบล็กจะถูกกำจัดออก เหลือสารให้สีอนินทรีย์ไว้ ระบบสารให้สีผสมเหล่านี้ขึ้นกับความเสถียรของสารให้สีแต่ละชนิด และไม่ใช่ว่าการเปลี่ยนสีทุกแบบจะเกิดขึ้นได้ สูตรคาร์บอนแบล็กเป็นองค์ประกอบสำคัญในการเชื่อมด้วยเลเซอร์

เคมีของสารเติมแต่งเลเซอร์สำหรับการมาร์กและการเชื่อม

สารเติมแต่งเลเซอร์ NIR ช่วยเพิ่มระดับความคมชัด ซึ่งเพิ่มขึ้นได้อีกด้วยการเปลี่ยนพารามิเตอร์การตั้งค่าเลเซอร์ พอลิเมอร์มีลักษณะเฉพาะตัวที่ให้ความคมชัดของรอยมาร์กแบบ “สีเข้ม” หรือ “สีอ่อน” สารประกอบสารให้สีบางชนิดที่มีไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) และคาร์บอนแบล็กในปริมาณต่ำก็ดูดซับแสงเลเซอร์และช่วยเพิ่มความคมชัดของรอยมาร์กได้ พอลิเมอร์แต่ละเกรด แม้อยู่ในตระกูลพอลิเมอร์เดียวกัน ก็ให้ผลต่างกันได้ สูตรสารเติมแต่งต้องไม่เป็นพิษและไม่ส่งผลเสียต่อลักษณะภายนอก สมบัติทางกายภาพ หรือสมบัติเชิงหน้าที่ของผลิตภัณฑ์

เมื่อเทียบกับกระบวนการพิมพ์ด้วยหมึก (การพิมพ์แพดและซิลค์สกรีน และอิงก์เจ็ท) สารเติมแต่งเลเซอร์ประหยัดต้นทุนและแสดงความเร็วการมาร์กที่เร็วขึ้น 20 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับวัสดุที่ไม่ได้ปรับให้เหมาะสม สารเติมแต่งเลเซอร์จำหน่ายในรูปเม็ดแกรนูลและผง ผลิตภัณฑ์แบบแกรนูลผสมกับเรซินพอลิเมอร์ได้โดยตรง ส่วนแบบผงจะถูกแปลงเป็นมาสเตอร์แบตช์ ส่วนใหญ่กระจายตัวในพอลิเมอร์ได้ง่าย ตามชนิดของสารเติมแต่งและพอลิเมอร์ ความเข้มข้นโดยน้ำหนัก (ในชิ้นงานสุดท้าย) อยู่ระหว่าง 0.01 ถึง 4.0 เปอร์เซ็นต์

ทั้งแบบแกรนูลและแบบผงสามารถผสมลงในวัสดุสีที่คอมพาวด์ไว้ล่วงหน้าหรือคัลเลอร์คอนเซนเทรตได้ การเลือกสารเติมแต่งที่จะใช้ขึ้นกับองค์ประกอบของพอลิเมอร์ สีของวัสดุรองรับ สีของรอยมาร์กที่ต้องการ และข้อกำหนดการรับรองสำหรับการใช้งานปลายทาง สำหรับงานอัดรีด การฉีดขึ้นรูป และการขึ้นรูปด้วยความร้อน วัสดุที่คอมพาวด์สีไว้ล่วงหน้าให้ความสม่ำเสมอดีกว่าคัลเลอร์คอนเซนเทรต ควรหลีกเลี่ยงการผสมด้วยมือ การไหลของแม่พิมพ์และชนิด/ตำแหน่งของเกตเป็นปัจจัยสำคัญ การกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอของสารเติมแต่งเลเซอร์ทั่วทั้งชิ้นงานเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้ได้สมรรถนะการมาร์กที่เหมาะสมที่สุด

สารเติมแต่งบางชนิดมีส่วนผสมของดีบุกออกไซด์เจือแอนติโมนีและแอนติโมนีไตรออกไซด์ ซึ่งอาจให้เฉดสี “เทา ๆ” แก่ความทึบแสงของวัสดุรองรับตามธรรมชาติ (ไม่ผสมสี) สารเติมแต่งอื่นอาจมีอนุภาคอะลูมิเนียม โลหะออกไซด์ผสม และสารประกอบสูตรเฉพาะ การปรับสีทำโดยใช้เม็ดสีและสีย้อมเพื่อให้ได้ลักษณะสีตรงตามที่ต้องการ สารเติมแต่งบางชนิดตามที่จำหน่ายเชิงพาณิชย์ (ซึ่งใช้ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ด้วย) ได้รับการอนุมัติจาก FDA สำหรับการสัมผัสอาหารและการใช้กับบรรจุภัณฑ์อาหารภายใต้เงื่อนไข A-H ของ 21 CFR 178.3297 – Colorants for Polymers สำหรับสหภาพยุโรปมีข้อกำหนดการปฏิบัติตามที่คล้ายกัน เงื่อนไขการรับรองเฉพาะตามชนิดพอลิเมอร์ เกณฑ์ปริมาณที่ใส่ และการสัมผัสทางตรงหรือทางอ้อม การรับรองคุณสมบัติเพิ่มเติมของสารเติมแต่งที่ได้รับอนุมัติจาก FDA ซึ่งผสมใน “ชิ้นงานสุดท้าย” สามารถทำให้ได้ความเข้ากันได้ทางชีวภาพของอุปกรณ์ทางการแพทย์

ในระหว่างการปรับเคมีของปริมาณสารเติมแต่งเลเซอร์และการจับคู่สี ไม่ใช่เรื่องผิดปกติที่ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปจะมีสารเติมแต่งเลเซอร์น้อยกว่าปริมาณที่คำนวณไว้ ปัญหานี้แทบทั้งหมดเกี่ยวข้องกับการกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอระหว่างการอัดรีดหรือการขึ้นรูป การปรับเครื่องขึ้นรูปอย่างง่าย เช่น เพิ่มแรงดันย้อนกลับและความเร็วรอบสกรู แก้ปัญหาส่วนใหญ่ได้ การกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอของสารเติมแต่งเลเซอร์ทั่วทั้งชิ้นงานเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้ได้สมรรถนะการมาร์กที่เหมาะสมที่สุด สำหรับงานอัดรีด การฉีดขึ้นรูป และการขึ้นรูปด้วยความร้อน วัสดุที่คอมพาวด์สีไว้ล่วงหน้าให้ความสม่ำเสมอดีกว่าคัลเลอร์คอนเซนเทรต ควรหลีกเลี่ยงการผสมด้วยมือ การไหลของแม่พิมพ์และชนิด/ตำแหน่งของเกตเป็นปัจจัยสำคัญ

หลักการของการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบส่งผ่าน

คำว่า “การส่งผ่าน” (through transmission) มาจากข้อเท็จจริงที่ว่าเลเซอร์ผ่านชิ้นบนที่โปร่งใสต่อเลเซอร์ไปยังพื้นผิวของชิ้นล่างที่ดูดซับเลเซอร์ ดังแสดงในรูปที่ 2 การเชื่อมพลาสติกด้วยเลเซอร์แบบส่งผ่าน (Through Transmission Laser Welding: TTLW) มีสามขั้นตอน ใน TTLW ชิ้นงานถูกประกอบล่วงหน้าและยึดจับเข้าด้วยกันเพื่อให้พื้นผิวรอยต่อสัมผัสกันแนบสนิท ในบทความนี้ใช้เลเซอร์ไดโอดกำลังสูง (λ = 800-1,000nm) และเลเซอร์โซลิดสเตต (ไฟเบอร์เลเซอร์อิตเทอร์เบียมและเลเซอร์ Nd:YAG, λ = 1,060-1,080nm)

ในขั้นการให้ความร้อน พลังงานเลเซอร์ทำให้พอลิเมอร์ที่ดูดซับเลเซอร์ที่รอยต่อร้อนขึ้น ทำให้ชิ้นงานขยายตัวและเพิ่มความดันในการเชื่อม ที่จุดโฟกัสของลำแสง กำลังเลเซอร์สูงสุดและชิ้นงานเริ่มหลอมที่จุดนั้น เกิดเป็นเขตหลอมเหลว นี่คือจุดเริ่มต้นของขั้นที่สองคือขั้นการหลอมรวม (melding) ชิ้นงานขยายตัวต่อไปอีก ทำให้เกิดการขยายตัวเพิ่มเติมพร้อมความดันที่สูงขึ้นตามไปด้วย ณ จุดนี้ เกิดการเชื่อมเล็กน้อยแล้ว

ขั้นการเชื่อมเป็นขั้นสุดท้าย เกิดวัสดุหลอมเหลวมากพอที่จะสร้างรอยเชื่อมจริง วัสดุที่หลอมเหลวยุบตัว คล้ายกับการเชื่อมด้วยแผ่นความร้อนหรือการเชื่อมแบบหลอมรวม ในการใช้งานส่วนใหญ่ค่านี้อยู่ที่ประมาณ 0.13mm (0.005 นิ้ว) เวลาเชื่อมโดยทั่วไปประมาณ 1 ถึง 8 วินาทีสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ แม้ชิ้นงานขนาดใหญ่อาจใช้เวลานานกว่า มีกระบวนการเชื่อม TTLW ด้วยเลเซอร์หลักสี่แบบ ได้แก่ การเชื่อมตามเส้นขอบ (contour) แบบใช้หน้ากาก (mask) แบบพร้อมกัน (simultaneous) และแบบกึ่งพร้อมกัน (quasi-simultaneous)

ชิ้นงานสองชิ้นที่จะเชื่อมต้องมีสมบัติการดูดซับแสงต่างกันที่ความยาวคลื่นเชื่อมที่กำหนด ชิ้นบนที่โปร่งใสต่อเลเซอร์ต้องยอมให้ความยาวคลื่นผ่านได้มากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ ขณะที่ชิ้นล่างที่ดูดซับเลเซอร์ต้องดูดซับให้มากที่สุดในชั้นบาง ๆ ซึ่งให้การจับคู่ที่ประหยัดพลังงานที่สุด เพราะพลังงานปริมาณมากถูกดูดซับที่รอยต่อ และอาจทำให้ชิ้นบนเสื่อมสภาพก่อนที่ชิ้นล่างจะอ่อนตัวพอสำหรับการเชื่อม การสะท้อนแสงที่มากเกินไปยังทำให้ต้องใช้พลังงานในการเชื่อมเพิ่มขึ้นด้วย

ความเหมาะสมของวัสดุอ่อนไหวในการเชื่อมด้วยเลเซอร์มากกว่ากระบวนการยึดติดอื่นใด ในทางทฤษฎี การเชื่อมด้วยเลเซอร์เชื่อมเทอร์โมพลาสติกได้ทุกชนิดที่โปร่งใสต่อลำแสงเลเซอร์ อย่างไรก็ตาม ความสามารถของพอลิเมอร์แต่ละชนิดในการยอมให้แสงจากเลเซอร์ทั้งสามความยาวคลื่นหลักที่ใช้ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ผ่านได้นั้นแตกต่างกัน นอกจากนี้ การตอบสนองของพอลิเมอร์แต่ละชนิดต่อลำแสงเลเซอร์จะเปลี่ยนไปเมื่อมีสารตัวเติม สารเติมแต่ง และเม็ดสี

วัสดุที่มีอัตราการดูดซับสูงเหมาะเป็นชิ้นล่างในการเชื่อม TTLW เพราะดูดซับพลังงานส่วนใหญ่ที่รอยต่อและสร้างชั้นผิวที่ได้รับความร้อนบาง ๆ ซึ่งเหมาะกับการเชื่อมด้วยเลเซอร์ วัสดุที่มีอัตราการดูดซับในช่วงกลางอาจเป็นปัญหา เพราะดูดซับพลังงานเลเซอร์ตลอดความหนาของวัสดุ ส่งผลให้ทั้งความหนาของวัสดุร้อนขึ้น วัสดุเหล่านี้ยอมให้พลังงานผ่านได้น้อยมาก จึงไม่เหมาะเป็นวัสดุชิ้นบนในการเชื่อม TTLW ด้วยเลเซอร์ ทั้งยังดูดซับพลังงานที่ขอบด้านบนได้ไม่มาก จึงไม่เหมาะเป็นวัสดุชิ้นล่างเช่นกัน วัสดุที่มีสารตัวเติมเคยเชื่อมได้ที่ใยแก้วสูงถึง 50 เปอร์เซ็นต์ แต่ไม่ใช่สำหรับรอยปิดผนึกสนิท

ข้อได้เปรียบหลักของ TTLW มีดังนี้

• การเชื่อมแบบไม่สัมผัส การเชื่อมด้วยเลเซอร์ใช้แผ่นกระจกเรียบยึดชิ้นงานที่จะเชื่อมด้วยแรงยึดจับเบา ๆ ไม่เกิน 100lbs และไม่มีการสัมผัสกับเครื่องมือเชื่อม จึงไม่มีสิ่งใดทำให้พื้นผิวชิ้นงานที่เชื่อมเสียหาย และไม่ต้องใช้แรงดันในการเชื่อมที่อาจทำลายชิ้นส่วนบอบบาง
• การเชื่อมใต้พื้นผิว รอยเชื่อมเกิดที่รอยต่อระหว่างชิ้นงานสองชิ้น รอยเชื่อมแทบมองไม่เห็นในชิ้นงานโปร่งใส และมองไม่เห็นเลยในชิ้นงานทึบแสง รอยเชื่อมอาจอยู่ใต้ผิวเล็กน้อยหรือลึกในชิ้นงานก็ได้
• การเชื่อมที่แม่นยำ ขนาดและตำแหน่งของรอยเชื่อมด้วยเลเซอร์ควบคุมได้แม่นยำมาก และไม่มีแรงสั่นสะเทือนส่งผ่านไปยังชิ้นงานที่เชื่อม ในกระบวนการรูปแบบที่ต้องการการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างเลเซอร์กับชิ้นงานเชื่อม เลเซอร์เป็นฝ่ายเคลื่อนที่ การเชื่อมด้วยเลเซอร์จึงเป็นกระบวนการเชื่อมที่แม่นยำที่สุด
• พื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนน้อยที่สุด จุดเชื่อมมีขนาดเล็กมากและพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนอยู่ในวงจำกัด ทำให้เชื่อมใกล้กับชิ้นส่วนอื่นได้มากโดยไม่กระทบชิ้นส่วนเหล่านั้น จึงเชื่อมชุดประกอบย่อยที่มีชิ้นส่วนอ่อนไหวและบอบบางที่วางไว้ล่วงหน้าได้ นอกจากนี้ การบิดเบี้ยวและการเสื่อมสภาพจากความร้อนมีน้อยมาก และความเค้นตกค้างลดลง
• ความสามารถในการเชื่อมพลาสติกต่างชนิด พลาสติกต่างชนิดที่เป็นไปตามเกณฑ์ที่จำเป็นสามารถเชื่อมเข้าด้วยกันได้
• ไม่มีครีบส่วนเกิน ในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ รอยเชื่อมถูกปิดล้อมทั้งหมดและไม่เกิดครีบส่วนเกินที่ต้องตัดออก ไม่มีอนุภาคหลุดหลวม
• รอยปิดผนึกสนิท การเชื่อมด้วยเลเซอร์สามารถสร้างรอยเชื่อมแบบปิดผนึกสนิทกันแก๊สได้
• ประสิทธิภาพด้านพลังงาน เมื่อเทียบกับกระบวนการเชื่อมอื่น การเชื่อมด้วยเลเซอร์ประหยัดพลังงานสูง ซึ่งหมายความว่าไม่มีความร้อนส่วนเกินที่ต้องระบายออกจากพื้นที่ปฏิบัติงานด้วย

บทสรุป

สารเติมแต่งเลเซอร์แบบใช้งานคู่ที่ผสมในพอลิเมอร์ให้ความคมชัดของรอยมาร์ก รายละเอียดขอบเส้น และความเร็วที่เหนือกว่า สารเติมแต่งเหล่านี้ช่วยให้การเชื่อมด้วยเลเซอร์ของเทอร์โมพลาสติกชนิดเดียวกันและต่างชนิดเหมาะสมที่สุด ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีไฟเบอร์เลเซอร์ราคาไม่แพงมีบทบาทสำคัญ ประโยชน์เหล่านี้ชดเชยต้นทุนสารเติมแต่งที่เพิ่มขึ้นได้อย่างรวดเร็ว เคมีด้านวัสดุศาสตร์ที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับการมาร์กและการเชื่อมด้วยเลเซอร์ต้องอาศัยความเชี่ยวชาญด้านพอลิเมอร์ สารให้สี เม็ดสี และสีย้อม ในเรื่องความสามารถในการละลาย ขนาดอนุภาค ขีดจำกัดความเข้มข้นขั้นต่ำ การจับคู่สี และการรับรองตามกฎระเบียบ (GRAS, FDA Direct/Indirect Food Contact) การมาร์กด้วยเลเซอร์และ TTLW ของพอลิเมอร์ตอบโจทย์การใช้งานในปัจจุบัน

เอกสารอ้างอิง

• Scott R. Sabreen, “FDA-Approved Additives Boost Inline Laser Marking,” Plastics Decorating Magazine, April/May 2015
• Jordan Rotheiser, specialist consultant for The Sabreen Group Inc. Welding excerpts from Joining of Plastics, Handbook for Designers and Engineers, Third Edition, Jordan Rotheiser, Carl Hanser Verlag, Munich, 2009

Scott R. Sabreen เป็นผู้ก่อตั้งและประธานของ The Sabreen Group, Inc. บริษัทวิศวกรรมที่เชี่ยวชาญด้านกระบวนการแปรรูปพลาสติกขั้นที่สอง ได้แก่ การมาร์กด้วยเลเซอร์ การปรับสภาพพื้นผิว การยึดติด การตกแต่งและการเก็บงานผิว และความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ Sabreen พัฒนาเทคโนโลยีบุกเบิกและแก้ปัญหาการผลิตมานานกว่า 30 ปี ติดต่อได้ที่หมายเลข 972.820.6777 หรือเยี่ยมชม www.sabreen.com หรือ www.plasticslasermarking.com

---