สารเติมแต่งที่ได้รับการอนุมัติจาก FDA ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการมาร์กพลาสติกด้วยเลเซอร์ในสายการผลิต

สารเติมแต่งที่ได้รับการอนุมัติจาก FDA ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการมาร์กพลาสติกด้วยเลเซอร์ในสายการผลิต

ความเร็วสูง ความคมชัดที่เหนือกว่า และการประหยัดต้นทุน เป็นประโยชน์สำคัญของการผสมสารเติมแต่งใหม่ที่ได้รับการอนุมัติจาก FDA ลงในพอลิเมอร์สำหรับการมาร์กด้วยเลเซอร์ นวัตกรรมสารเติมแต่งเคมีให้ความคมชัดแบบสีดำสนิทและสีอ่อนบนผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปและอัดรีด ทั้งแบบ “on-the-fly” และในกระบวนการขั้นที่สอง ออกแบบสำหรับไฟเบอร์เลเซอร์ที่ราคาเข้าถึงได้ การมาร์กด้วยเลเซอร์แบบไร้หมึกในสายการผลิตปัจจุบันเข้ามาแทนที่การพิมพ์โรตารีกราเวียร์และการพิมพ์แพด

การใช้งานกับผลิตภัณฑ์ พอลิเมอร์สีใส กึ่งโปร่งแสง และทึบแสงจำนวนมาก รวมถึงไนลอน PET พอลิคาร์บอเนต พอลิโอเลฟิน PVC สไตรีนิกส์ และ TPU/TPE (สำหรับอุปกรณ์สวมใส่) ปรับสูตรเป็นพิเศษโดยใช้สารเติมแต่งที่ไม่มีโลหะหนักและได้รับการอนุมัติจาก FDA/EFSA (สำนักงานความปลอดภัยด้านอาหารแห่งยุโรป) เพื่อให้ได้คุณภาพการมาร์กที่มีความคมชัดสูง ความใสของพอลิเมอร์ การส่งผ่านสเปกตรัม และสมบัติทางกายภาพพื้นฐานไม่ได้รับผลกระทบ การมาร์กด้วยเลเซอร์แบบดิจิทัลที่ไม่สัมผัสวัสดุเข้ามาแทนที่ฉลากกาวและกระบวนการพิมพ์ด้วยหมึกเคมีที่มีราคาแพง ผลลัพธ์คือการใช้งานที่คุ้มค่า เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และมีความสวยงามเหนือกว่า

การมาร์กด้วยเลเซอร์แบบ “on-the-fly” ใช้กับผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปและอัดรีด เช่น สายไฟ/สายเคเบิล ท่อและหลอด

ประเด็นสำคัญ

• ปฏิกิริยาพื้นผิวสามแบบสร้างรอยมาร์ก ได้แก่ การเกิดคาร์บอน (การเกิดถ่าน) การเกิดฟอง และการเปลี่ยนสีของสารให้สี
• ปริมาณการเติมอยู่ที่ 0.01–4.0% โดยน้ำหนักในชิ้นงานสำเร็จรูป เลือกตามพอลิเมอร์ สีของวัสดุรองรับ ความคมชัดเป้าหมาย และข้อกำหนดการรับรอง
• สารเติมแต่งมาร์กได้เร็วกว่าสูตรที่ไม่ได้ปรับให้เหมาะสม 15% ขึ้นไป และเข้ามาแทนที่การพิมพ์โรตารีกราเวียร์และการพิมพ์แพดได้อย่างสมบูรณ์
• ปัญหาการกระจายตัว ไม่ใช่ข้อผิดพลาดในการชั่งปริมาณ เป็นสาเหตุที่พบบ่อยของปริมาณสารเติมแต่งต่ำในชิ้นงานสำเร็จรูป ควรเพิ่มแรงดันย้อนกลับและความเร็วสกรู
• เงื่อนไข A–H ของ 21 CFR 178.3297 ครอบคลุมการอนุมัติของ FDA สำหรับการสัมผัสอาหาร ส่วนการรับรองคุณสมบัติตาม ISO 10993 ขยายไปถึงความเข้ากันได้ทางชีวภาพของอุปกรณ์ทางการแพทย์

ความเร็วการมาร์กสำหรับจุกไม้ก๊อกไวน์สังเคราะห์พอลิโอเลฟินและข้อความส่งเสริมการขายใต้ฝาบนฝาปิดเครื่องดื่มแบบไม่มีแผ่นรองทำได้ถึง 2,000 ชิ้นต่อนาทีสำหรับข้อความตัวอักษรและตัวเลขและกราฟิก ความเร็วการมาร์กเป็นฟังก์ชันของตัวแปรจำนวนมาก รวมถึงชนิดพอลิเมอร์ สีของวัสดุรองรับ ชนิดสารเติมแต่งสำหรับเลเซอร์และระดับการเติม ขนาดสายเคเบิล (น้ำหนัก) ชนิดและกำลังของเลเซอร์ ซอฟต์แวร์ จำนวนตัวอักษรและตัวเลข ความสูงของข้อความ ความยาวของสายอักขระ ระยะห่างระหว่างอักขระ บาร์โค้ด/ดาต้าเมทริกซ์ โลโก้/กราฟิก ฟอนต์แบบขีดเดียวหรือทรูไทป์แบบเติมสี ทิศทางการเติม และข้อความแบบต่อเนื่องหรือแบบซ้ำ การใช้สารเติมแต่งและสารให้สีที่ปรับสูตรอย่างเหมาะสมจะทำให้ “ความหนาแน่นกำลัง” ที่พื้นผิวรอยมาร์กไม่ใช่ปัจจัยจำกัด แต่กัลวาโนมิเตอร์แบบบังคับลำแสงจะทำงานที่ความเร็วสูงสุด

เนื่องจากปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อความสามารถในการมาร์กแบบ on-the-fly ในการผลิตมีความซับซ้อน ทุกการใช้งานต้องได้รับการตรวจสอบอย่างละเอียด มีกฎที่นำไปประมาณค่าต่อได้น้อยมากหรือไม่มีเลย อย่างไรก็ตาม สำหรับแนวทางทั่วไป ตัวอย่างพอลิเมอร์ไนลอนต่อไปนี้ใช้อ้างอิงได้ ไฟเบอร์เลเซอร์ 50 วัตต์ เลนส์ฟิลด์แบน 254mm ตัวอักษรและตัวเลข 100 ตัว สูง 2mm รวมเป็นสายอักขระแบบซ้ำยาว 14.68 นิ้ว ใช้เวลามาร์ก 0.232 วินาที ความเร็วที่คำนวณได้ประมาณ 315 ฟุตเชิงเส้นต่อนาที

คำถามที่พบบ่อย

พอลิเมอร์ชนิดใดมาร์กได้ด้วยสารเติมแต่งสำหรับเลเซอร์ที่ได้รับการอนุมัติจาก FDA

พอลิเมอร์สีใส กึ่งโปร่งแสง และทึบแสง รวมถึงไนลอน PET พอลิคาร์บอเนต พอลิโอเลฟิน PVC สไตรีนิกส์ และ TPU/TPE สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ ความใสของพอลิเมอร์ การส่งผ่านสเปกตรัม และสมบัติทางกายภาพพื้นฐานไม่ได้รับผลกระทบ

เหตุใดชิ้นงานสำเร็จรูปจึงมีสารเติมแต่งน้อยกว่าที่คำนวณไว้

เกือบทุกครั้งเกิดจากการกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอระหว่างการอัดรีดหรือการขึ้นรูป ไม่ใช่ข้อผิดพลาดในการชั่งปริมาณ การเพิ่มแรงดันย้อนกลับและความเร็วรอบสกรูแก้ปัญหาได้เกือบทุกกรณี วัสดุคอมพาวด์สำเร็จให้ความสม่ำเสมอดีกว่าสีเข้มข้น และควรหลีกเลี่ยงการผสมด้วยมือโดยสิ้นเชิง

กลไกปฏิกิริยาการมาร์กด้วยเลเซอร์ทั้งสามแบบคืออะไร

การเกิดคาร์บอนหรือการเกิดถ่าน ซึ่งพลังงานที่ดูดกลืนทำให้พอลิเมอร์เสื่อมสลายด้วยความร้อนจนเกิดรอยมาร์กสีเข้ม การเกิดฟอง ซึ่งสารเติมแต่งปล่อยไอน้ำระหว่างการเสื่อมสลายเพื่อสร้างรอยมาร์กสีอ่อนที่คงทนบนวัสดุรองรับสีเข้ม และการเปลี่ยนสี ซึ่งพลังงานเลเซอร์ทำให้สารให้สีหนึ่งในส่วนผสมเสื่อมสลาย เช่น กำจัดคาร์บอนแบล็กออกเพื่อเหลือสารให้สีอนินทรีย์ที่เสถียรไว้

การมาร์กในสายการผลิตทำงานได้เร็วเพียงใดในทางปฏิบัติ

ความเร็วการมาร์กสำหรับจุกไม้ก๊อกไวน์สังเคราะห์พอลิโอเลฟินและข้อความส่งเสริมการขายใต้ฝาบนฝาปิดเครื่องดื่มแบบไม่มีแผ่นรองสูงถึง 2,000 ชิ้นต่อนาที ตัวอย่างไนลอนที่คำนวณแล้ว ได้แก่ ไฟเบอร์เลเซอร์ 50 W เลนส์ฟิลด์แบน 254 mm อักขระ 100 ตัวสูง 2 mm สายอักขระแบบซ้ำยาว 14.68 นิ้ว เวลามาร์ก 0.232 วินาที คำนวณได้ประมาณ 315 ฟุตเชิงเส้นต่อนาที

เหตุใดรอยมาร์กแบบฟองสีอ่อนจึงบางครั้งหลุดลอกจากการขีดข่วน

การควบคุมเลเซอร์ที่ไม่ดี กลไกการเกิดฟองต้องควบคุมพารามิเตอร์อย่างเข้มงวดเพื่อให้พอลิเมอร์เสื่อมสลายที่อุณหภูมิสูงกว่าสารเติมแต่งที่ก่อฟอง หากไม่เป็นเช่นนั้น รอยมาร์กจะเปราะหลุดง่ายหรือมีความคมชัดต่ำและคงทนต่ำ

กลไกปฏิกิริยาการมาร์กพอลิเมอร์ด้วยเลเซอร์

ความก้าวหน้าในการปรับสูตรสารเติมแต่งสำหรับเลเซอร์ที่ใช้กับเลเซอร์ช่วงอินฟราเรดใกล้ (ความยาวคลื่น 1060-1080nm) คือความเข้ากันได้กับไฟเบอร์เลเซอร์อิตเทอร์เบียม เลเซอร์แวนาเดต และเลเซอร์ Nd:YAG รุ่นก่อนหน้า พอลิเมอร์ส่วนใหญ่ไม่มีสมบัติการดูดกลืนช่วงอินฟราเรดใกล้หากไม่มีสารเติมแต่งเคมี พอลิเมอร์ที่มาร์กด้วยเลเซอร์ได้คือพอลิเมอร์ที่ดูดกลืนแสงเลเซอร์และเปลี่ยนจากพลังงานแสงเป็นพลังงานความร้อน ผู้เชี่ยวชาญใช้สารเติมแต่ง สารตัวเติม เม็ดสี และสีย้อมเพื่อเพิ่มการดูดกลืนพลังงานเลเซอร์สำหรับการเปลี่ยนสีเฉพาะจุด ใช้เคมีของสูตรและออปติกส์/พารามิเตอร์การตั้งค่าเลเซอร์ที่แตกต่างกันมาก ขึ้นอยู่กับความคมชัดและหน้าที่การใช้งานที่ต้องการ

กลไกปฏิกิริยาพื้นผิวที่พบบ่อยที่สุดเรียกว่า “การเกิดคาร์บอน” หรือ “การเกิดถ่าน” ด้วยปฏิกิริยาเคมีเชิงความร้อน ซึ่งพลังงานที่วัสดุรองรับดูดกลืนไว้จะเพิ่มอุณหภูมิเฉพาะที่ของวัสดุรอบจุดดูดกลืนสูงพอที่จะทำให้พอลิเมอร์เสื่อมสลายด้วยความร้อน ความเข้มหรืออ่อนของรอยมาร์กขึ้นกับพลังงานที่ดูดกลืน รวมถึงเส้นทางการเสื่อมสลายด้วยความร้อนเฉพาะตัวของวัสดุ การปรับการตั้งค่าเลเซอร์ให้เหมาะสมจะทำให้เกิดคราบคาร์บอนที่พื้นผิวน้อยที่สุด

ปฏิกิริยาพื้นผิวแบบที่สองคือการเปลี่ยนแปลงทางเคมี โดยใช้สารเติมแต่งที่ปล่อยไอน้ำระหว่างการเสื่อมสลายทำให้พอลิเมอร์เกิดฟอง ในกระบวนการเกิดฟอง พลังงานเลเซอร์จะถูกดูดกลืนโดยสารเติมแต่งที่อยู่ใกล้กับสารก่อฟอง ความร้อนจากตัวดูดกลืนทำให้สารก่อฟองเสื่อมสลายและปล่อยไอน้ำ ด้วยการควบคุมพารามิเตอร์การทำงานของเลเซอร์อย่างเข้มงวด จึงสร้างรอยมาร์กสีอ่อนที่มีคุณภาพสูงและคงทนบนวัสดุรองรับสีเข้มได้ การควบคุมเลเซอร์ที่ไม่ดีอาจทำให้เกิดรอยมาร์กที่เปราะหลุดง่ายหรือมีความคมชัดต่ำ ซึ่งขีดข่วนได้ง่าย (ความคงทนต่ำ)

แบบที่สามคือการใช้พลังงานเลเซอร์ให้ความร้อน/ทำให้สารให้สีตัวหนึ่งในสารให้สีผสมเสื่อมสลาย ส่งผลให้สีเปลี่ยน ตัวอย่างคือส่วนผสมของคาร์บอนแบล็กกับสารให้สีอนินทรีย์ที่เสถียร เมื่อได้รับความร้อน คาร์บอนแบล็กจะถูกกำจัดออก เหลือสารให้สีอนินทรีย์ไว้ ระบบสารให้สีผสมเหล่านี้ขึ้นกับความเสถียรของสารให้สีแต่ละชนิด และไม่สามารถเปลี่ยนสีได้ทุกแบบ

สารเติมแต่งสำหรับเลเซอร์

สารเติมแต่งสำหรับเลเซอร์ช่วยเพิ่มระดับความคมชัด ซึ่งเสริมให้เข้มขึ้นได้อีกด้วยการเปลี่ยนพารามิเตอร์การตั้งค่าเลเซอร์ พอลิเมอร์มีคุณลักษณะโดยธรรมชาติที่ให้รอยมาร์ก “สีเข้ม” หรือ “สีอ่อน” สารประกอบสีบางชนิดที่มีไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) และคาร์บอนแบล็กในปริมาณน้อยก็อาจดูดกลืนแสงเลเซอร์ และในบางกรณีช่วยปรับปรุงความคมชัดของรอยมาร์ก พอลิเมอร์แต่ละเกรด แม้อยู่ในตระกูลพอลิเมอร์เดียวกัน ก็อาจให้ผลต่างกัน สูตรสารเติมแต่งต้องไม่เป็นพิษและไม่ส่งผลเสียต่อรูปลักษณ์ สมบัติทางกายภาพ หรือสมบัติการใช้งานของผลิตภัณฑ์

เมื่อเทียบกับกระบวนการพิมพ์ด้วยหมึก (การพิมพ์แพดและสกรีน และอิงก์เจ็ท) สารเติมแต่งสำหรับเลเซอร์ช่วยประหยัดต้นทุน และแสดงความเร็วการมาร์กที่เร็วกว่าสูตรวัสดุที่ไม่ได้ปรับให้เหมาะสม 15 เปอร์เซ็นต์ (หรือมากกว่า) สารเติมแต่งสำหรับเลเซอร์จัดหาในรูปเม็ดแกรนูลและผง ผลิตภัณฑ์แบบแกรนูลผสมกับเรซินพอลิเมอร์ได้โดยตรง ส่วนแบบผงจะแปรรูปเป็นมาสเตอร์แบตช์ ส่วนใหญ่กระจายตัวในพอลิเมอร์ได้ง่าย ขึ้นอยู่กับสารเติมแต่งและพอลิเมอร์ ระดับความเข้มข้นที่ใช้โดยน้ำหนัก (ในชิ้นงานสำเร็จรูป) อยู่ระหว่าง 0.01 เปอร์เซ็นต์ถึง 4.0 เปอร์เซ็นต์

ทั้งแบบแกรนูลและแบบผงสามารถผสมลงในวัสดุสีคอมพาวด์สำเร็จหรือสีเข้มข้นได้ การเลือกสารเติมแต่งที่จะใช้ขึ้นกับองค์ประกอบพอลิเมอร์ สีของวัสดุรองรับ สีของรอยมาร์กที่ต้องการ และข้อกำหนดการรับรองสำหรับการใช้งานปลายทาง สารเติมแต่งบางชนิดมีส่วนผสมของทินออกไซด์ที่เจือด้วยพลวงและพลวงไตรออกไซด์ ซึ่งอาจให้สีเทาอ่อนแก่ความทึบของวัสดุรองรับตามธรรมชาติ (ไม่มีสี) สารเติมแต่งอื่นอาจมีอนุภาคอะลูมิเนียม โลหะออกไซด์ผสม และสารประกอบสูตรเฉพาะ การปรับสีทำโดยใช้เม็ดสีและสีย้อมเพื่อให้ได้รูปลักษณ์สุดท้ายที่ตรงสี สารเติมแต่งเฉพาะที่จำหน่ายเชิงพาณิชย์ (ซึ่งใช้กับการเชื่อมด้วยเลเซอร์ด้วย) ได้รับการอนุมัติจาก FDA สำหรับการสัมผัสอาหารและการใช้กับบรรจุภัณฑ์อาหารภายใต้เงื่อนไข A-H ของ 21 CFR 178.3297 Colorant for Polymers สำหรับสหภาพยุโรปมีข้อความรับรองความสอดคล้องในลักษณะเดียวกัน เงื่อนไขการรับรองเฉพาะตามชนิดพอลิเมอร์ เกณฑ์ระดับการเติม และการสัมผัสทางตรงหรือทางอ้อม การรับรองคุณสมบัติเพิ่มเติมของสารเติมแต่งที่ได้รับการอนุมัติจาก FDA ซึ่งผสมใน “ชิ้นงานสำเร็จรูป” สามารถทำให้ได้ความเข้ากันได้ทางชีวภาพของอุปกรณ์ทางการแพทย์ (อ้างอิงมาตรฐานสากล ISO-10993)

ข้อพิจารณาด้านการแปรรูป

ในการเติมสารเติมแต่งสำหรับเลเซอร์และการจับคู่สี ไม่ใช่เรื่องผิดปกติที่ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปจะมีสารเติมแต่งสำหรับเลเซอร์น้อยกว่าปริมาณที่คำนวณไว้ ปัญหานี้เกือบทุกครั้งเกี่ยวข้องกับการกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอระหว่างการอัดรีดหรือการขึ้นรูป การปรับเครื่องขึ้นรูปเล็กน้อย เช่น เพิ่มแรงดันย้อนกลับและความเร็วรอบสกรู ช่วยแก้ปัญหาส่วนใหญ่ได้ การกระจายตัวของสารเติมแต่งสำหรับเลเซอร์อย่างสม่ำเสมอทั่วทุกชิ้นงานมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการมาร์กที่มีสมรรถนะสูงสุด สำหรับงานอัดรีด ฉีดขึ้นรูป และเทอร์โมฟอร์มมิง วัสดุคอมพาวด์สีสำเร็จให้ความสม่ำเสมอที่ดีกว่าสีเข้มข้น ควรหลีกเลี่ยงการผสมด้วยมือ การไหลของแม่พิมพ์และชนิด/ตำแหน่งของเกตเป็นปัจจัยสำคัญ

เทคโนโลยีเลเซอร์

ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีเลเซอร์มีบทบาทสำคัญต่อการพัฒนาอย่างรวดเร็วของสารเติมแต่งสำหรับเลเซอร์ที่ได้รับการอนุมัติจาก FDA รุ่นใหม่ล่าสุด การเกิดขึ้นของไฟเบอร์เลเซอร์อิตเทอร์เบียมระดับนาโนวินาทีเป็นหนึ่งในความก้าวหน้าที่สำคัญที่สุดสำหรับการมาร์ก การเชื่อม และการตัด โดยพื้นฐานแล้ว ไฟเบอร์เลเซอร์แตกต่างจากเลเซอร์มาร์กแบบโซลิดสเตตอื่น ในไฟเบอร์เลเซอร์ ตัวกลางเลเซอร์ที่สร้างลำแสงกระจายอยู่ภายในสายเคเบิลใยแก้วนำแสงชนิดพิเศษ ต่างจากเลเซอร์ที่ส่งลำแสงผ่านใยแก้ว เส้นทางของลำแสงทั้งหมดอยู่ภายในสายเคเบิลใยแก้วนำแสงตลอดจนถึงชุดออปติกส่งลำแสง

ไฟเบอร์เลเซอร์ให้คุณภาพลำแสงและความสว่างที่เหนือกว่าเลเซอร์ Nd:YAG ตัวชี้วัดคุณภาพลำแสงอย่างหนึ่งคือ M2 ค่า M2 ยิ่งน้อย คุณภาพลำแสงยิ่งดี โดย M2 = 1 คือลำแสงเลเซอร์แบบเกาส์เซียนในอุดมคติ เลเซอร์ที่มีคุณภาพลำแสงเหนือกว่าสามารถโฟกัสเป็นจุดขนาดเล็ก ซึ่งนำไปสู่ความหนาแน่นพลังงานสูง ไฟเบอร์เลเซอร์แบบพัลส์คงที่และพัลส์ปรับค่าได้ (MOPA) ที่มีพลังงานพัลส์สูงถึง 1 mJ และความหนาแน่นกำลังสูงสามารถมาร์กพอลิเมอร์ที่ในอดีตมาร์กได้ยากหลายชนิด เลเซอร์แวนาเดตก็มีค่า M2 น้อยเช่นกัน โดยมีความกว้างพัลส์สั้นกว่าไฟเบอร์เลเซอร์แบบคงที่และเลเซอร์ YAG ระยะเวลาพัลส์มีอิทธิพลต่อระดับความร้อนและการเกิดคาร์บอนเข้าไปในวัสดุ ความกว้างพัลส์ที่สั้นกว่าอาจเป็นข้อได้เปรียบสำหรับงานพอลิเมอร์ที่ไวต่อความร้อน

IPG Photonics ผู้พัฒนาและผู้ผลิตไฟเบอร์เลเซอร์สมรรถนะสูงชั้นนำ มีทั้งเลเซอร์แบบพัลส์คงที่ (บางครั้งเรียกว่า “Q-switch”) และแบบพัลส์สั้นปรับค่าได้ (MOPA) การพัฒนาการใช้งานมีความเฉพาะเจาะจงสูง การเลือกประเภทเลเซอร์ที่จะผสานระบบถูกกำหนดโดยคุณลักษณะเอาต์พุตของเลเซอร์ที่ทำปฏิกิริยากับวัสดุพอลิเมอร์ที่ปรับให้เหมาะสม ดูกราฟด้านล่างซึ่งแสดงรูปร่างพัลส์ตามเวลาของไฟเบอร์เลเซอร์อิตเทอร์เบียมที่มีความยาวพัลส์คงที่และปรับค่าได้ (MOPA) – IPG Photonics

เมื่อตั้งค่าไฟเบอร์เลเซอร์ที่มีความยาวพัลส์คงที่เพื่อการมาร์ก ต้องกำหนดอินพุตสองค่า

• อัตราการเกิดพัลส์ซ้ำ (มักเรียกว่าความถี่พัลส์)
• กำลังปั๊มเป็นเปอร์เซ็นต์ (100 เปอร์เซ็นต์หมายถึงอินพุตไฟฟ้าสูงสุดที่เป็นไปได้ไปยังไดโอดปั๊ม)

เมื่อตั้งค่าไฟเบอร์เลเซอร์ MOPA แบบพัลส์สั้นปรับค่าได้เพื่อการมาร์ก ต้องกำหนดอินพุตสามค่า

• ระยะเวลาพัลส์ (มักเรียกว่าความยาวพัลส์)
• อัตราการเกิดพัลส์ซ้ำ (ความถี่พัลส์)
• กำลังปั๊มเป็นเปอร์เซ็นต์ (100 เปอร์เซ็นต์หมายถึงอินพุตไฟฟ้าสูงสุดที่เป็นไปได้ไปยังไดโอดปั๊ม)

ในกราฟทั้งสองในหน้าก่อนหน้า การรวมกันของพารามิเตอร์อินพุตเฉพาะเป็นตัวควบคุมคุณสมบัติเอาต์พุตของลำแสงเลเซอร์ ได้แก่ พลังงานพัลส์ กำลังสูงสุด (ค่าสูงสุดชั่วขณะของพลังงานพัลส์ J/ระยะเวลาพัลส์) และกำลังเฉลี่ย (กำลังเฉลี่ยเป็นวัตต์ = พลังงานพัลส์เป็นจูล × อัตราการเกิดพัลส์ซ้ำเป็น Hz)

ไฟเบอร์เลเซอร์ เลเซอร์แวนาเดต และเลเซอร์ YAG แบบบังคับลำแสงทุกเครื่องไม่ได้มีคุณภาพเท่ากัน ส่วนประกอบฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่ผู้ผลิตเลเซอร์ใช้ในระบบส่งผลอย่างมากต่อความคมชัด คุณภาพ และความเร็วในการมาร์ก คุณสมบัติหลักคือความหนาแน่นกำลัง (วัตต์/ซม.²) ที่พื้นผิวที่มาร์ก (ซึ่งต่างจากกำลังขาออกดิบของเลเซอร์) โหมดเอาต์พุตของลำแสงเลเซอร์มีความสำคัญต่อสมรรถนะการมาร์ก โหมดเอาต์พุตเหล่านี้เกี่ยวข้องกับปัจจัยต่าง ๆ เช่น การลู่ออกของลำแสงและการกระจายกำลังตามเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสง

ความหนาแน่นกำลังเป็นฟังก์ชันของขนาดจุดโฟกัสของเลเซอร์ ขนาดจุดโฟกัสของเลเซอร์สำหรับเลนส์ที่มีความยาวโฟกัสและความยาวคลื่นเลเซอร์ใด ๆ เป็นฟังก์ชันของการลู่ออกของลำแสงเลเซอร์ ซึ่งควบคุมด้วยการกำหนดค่าเลเซอร์ ขนาดช่องรับแสงสำหรับเลือกโหมด และกำลังขยายของอัปคอลลิเมเตอร์ (ตัวขยายลำแสง)

อัตราการเกิดพัลส์ซ้ำและความหนาแน่นกำลังสูงสุดเป็นพารามิเตอร์สำคัญในการสร้างรอยมาร์กและให้ได้ความคมชัดและความเร็วที่เหมาะสมที่สุด เส้นโค้งเชิงคณิตศาสตร์ของกำลังเทียบกับอัตราการเกิดพัลส์ซ้ำเป็นสัดส่วนผกผันกัน กำลังสูงสุดที่สูงที่ความถี่ต่ำทำให้อุณหภูมิพื้นผิวเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ระเหยวัสดุโดยนำความร้อนเข้าสู่วัสดุรองรับน้อยที่สุด เมื่ออัตราการเกิดพัลส์ซ้ำเพิ่มขึ้น กำลังสูงสุดที่ต่ำลงจะทำให้เกิดการระเหยน้อยที่สุดแต่นำความร้อนมากขึ้น ปัจจัยเพิ่มเติมที่มีอิทธิพลต่อความคมชัดและคุณภาพของรอยมาร์ก ได้แก่ ความเร็วลำแสงและระยะห่างระหว่างเส้นเวกเตอร์

บทสรุป

สารเติมแต่งสำหรับเลเซอร์ที่ได้รับการอนุมัติจาก FDA รุ่นใหม่ล่าสุดที่ผสมในพอลิเมอร์ให้ความคมชัดของรอยมาร์ก รายละเอียดขอบเส้น และความเร็วที่เหนือกว่า การมาร์กด้วยเลเซอร์แบบ on-the-fly ในสายการผลิตปัจจุบันเข้ามาแทนที่การพิมพ์โรตารีกราเวียร์และการพิมพ์แพด ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีไฟเบอร์เลเซอร์ที่ราคาเข้าถึงได้มีบทบาทสำคัญ ประโยชน์เหล่านี้ชดเชยต้นทุนสารเติมแต่งที่เพิ่มขึ้นได้อย่างรวดเร็ว เคมีทางวัสดุศาสตร์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการมาร์กพลาสติกด้วยเลเซอร์ต้องอาศัยความเชี่ยวชาญด้านพอลิเมอร์ สารให้สี เม็ดสี และสีย้อม ในด้านความสามารถในการละลาย ขนาดอนุภาค ขีดจำกัดความเข้มข้นวิกฤต การจับคู่สี และการรับรองตามข้อกำหนด (GRAS, FDA สัมผัสอาหารทางตรง/ทางอ้อม) เลเซอร์ทุกเครื่องไม่ได้มีคุณภาพเท่ากัน

กิตติกรรมประกาศ

• Dr. Tony Hoult, IPG Photonics, “Laser Marking with Fiber Lasers,” Industrial Laser Solutions, September 2012.
• BASF Corporation Mark-it™ Laser Marking Pigment Technical Bulletin 2002, with technical content contributions from The Sabreen Group, Inc.
• Bruce Mulholland (Hoechst Technical Polymers) and Scott Sabreen (The Sabreen Group, Inc.), “Enlightened Laser Marking,” Lasers&Optronics, July 1997.
• Daniel S. Burgess, Scott R. Sabreen, & Carl Baasel Lasertechnik GmbH, Feature Article, “Laser Marking: A Clean Economical Packaging Solution,” Photonics Spectra, November, 2001.

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

---