การมาร์กด้วยเลเซอร์แบบเย็น

การมาร์กด้วยเลเซอร์แบบเย็น

ประเด็นสำคัญ

• มีสองแนวทางที่ใช้ชื่อเดียวกัน คือ การมาร์กแบบโฟโตเคมีด้วยอัลตราไวโอเลต และ ablation แบบไม่อาศัยความร้อนด้วยพัลส์สั้นพิเศษ
• สำหรับพลาสติก แนวทางหลักคือ UV ที่ 355 nm ซึ่งตัดพันธะพอลิเมอร์โดยตรงแทนที่จะให้ความร้อนแก่วัสดุ
• ความละเอียดระดับไมครอนโดยไม่มีการไหม้เกรียม การเปลี่ยนสี หรือเขม่า
• จำเป็นในงานที่ความร้อนยอมรับไม่ได้ เช่น ชิ้นส่วนฝังในร่างกาย แผงวงจรพิมพ์ ฟิล์มบาง และพลาสติกความแม่นยำสูง

การมาร์กด้วยเลเซอร์แบบเย็น

การมาร์กด้วยเลเซอร์แบบเย็นใช้แสงอัลตราไวโอเลตความยาวคลื่นสั้น โดยทั่วไป 355 nm มาร์กพอลิเมอร์ด้วยการตัดพันธะเคมีโดยตรง แทนที่จะให้ความร้อนแก่วัสดุจนเสื่อมสภาพ กระบวนการนี้มักเรียกว่าการมาร์กแบบไม่อาศัยความร้อนหรือแบบโฟโตเคมี ไม่ได้เย็นจริง ๆ แต่โซนได้รับผลกระทบจากความร้อนเล็กพอที่จะมาร์กชิ้นส่วนที่ไวต่อความร้อนได้โดยไม่หลอม ไหม้เกรียม หรือเสียรูป

พื้นฐานทางฟิสิกส์

พลังงานโฟตอนเพิ่มขึ้นเมื่อความยาวคลื่นลดลง โฟตอนอินฟราเรด 1064 nm มีพลังงานประมาณ 1.2 eV ซึ่งน้อยเกินกว่าจะตัดพันธะโควาเลนต์ พลังงานจึงกลายเป็นความร้อนเท่านั้น โฟตอนอัลตราไวโอเลต 355 nm มีพลังงานประมาณ 3.5 eV ซึ่งใกล้เคียงกับพลังงานการแตกตัวของพันธะคาร์บอน–คาร์บอนในโครงหลักของพอลิเมอร์

ที่พลังงานระดับนั้น โฟตอนที่ถูกดูดซับตัดสายโซ่พอลิเมอร์ขาดได้ทันที วัสดุถูกนำออกหรือเปลี่ยนแปลงจากการแตกพันธะแบบโฟโตไลติก โดยมีองค์ประกอบความร้อนเพียงเล็กน้อย มีผลตามมาสองประการ ซึ่งเป็นเหตุผลทั้งหมดที่เทคนิคนี้มีอยู่

• โซนได้รับผลกระทบจากความร้อนเล็กมาก จึงไม่มีขอบหลอม ไม่มีรัศมีไหม้เกรียม ไม่มีรอยร้าวละเอียด และไม่มีการเสียรูปเชิงมิติ
• การดูดซับแรงโดยพอลิเมอร์ส่วนใหญ่ พอลิเมอร์อินทรีย์เกือบทั้งหมดดูดซับ UV ได้ดี แม้แต่ชนิดที่โปร่งใสจริงที่ 1064 nm ซึ่งหมายความว่าได้รอยมาร์กคมชัดสูงบนเรซินธรรมชาติ ใส และสีอ่อน โดยไม่ต้องผสมสารเติมแต่งเลเซอร์

การมาร์กแบบเย็นเทียบกับการมาร์กด้วยอินฟราเรด

ที่ที่ระบุใช้

• อุปกรณ์การแพทย์ — รอยมาร์ก UDI ที่ต้องทนการฆ่าเชื้อด้วยหม้ออัดไอน้ำ รังสีแกมมา หรือ EtO โดยไม่กระทบวัสดุรองรับ และไม่มีสารเติมแต่งที่จะทำให้การอนุมัติด้านความเข้ากันได้ทางชีวภาพซับซ้อน
• ชิ้นส่วนผนังบางและฟิล์ม ซึ่งการมาร์กด้วยอินฟราเรดจะทำให้ชิ้นงานเสียรูปหรือทะลุ
• พอลิเมอร์โปร่งใสและสีอ่อน ซึ่งการมาร์กด้วยอินฟราเรดให้ความคมชัดน้อยหรือไม่มีเลย — ดูการมาร์กพลาสติกใสและโปร่งใสด้วยเลเซอร์
• รหัสละเอียดและการมาร์กระดับไมโคร ซึ่งโซนได้รับผลกระทบจากความร้อนที่แคบช่วยรักษาความคมชัดของเซลล์ที่ระบบตรวจสอบด้วยภาพอัตโนมัติต้องพึ่งพา
• งานที่ไม่ใช้สารเติมแต่ง ซึ่งข้อกำหนดด้านกฎระเบียบ การสัมผัสอาหาร หรือด้านแสง ห้ามผสมตัวดูดซับ

แหล่งกำเนิดโดยทั่วไปคือเลเซอร์วานาเดต (Nd:YVO4)แบบเพิ่มความถี่สามเท่า เมื่อเทียบกับข้อดี ต้องชั่งน้ำหนักกับต้นทุนลงทุนที่สูงกว่า อัตราการผลิตที่ต่ำกว่า และอายุการใช้งานจำกัดของชิ้นส่วนแสงสำหรับการแปลงความถี่ สำหรับเรซินวิศวกรรมที่มีเม็ดสีและสารเสริมซึ่งมาร์กด้วยความร้อนได้ดีอยู่แล้ว ไฟเบอร์เลเซอร์ยังคงเป็นคำตอบที่ประหยัดกว่า — การเปรียบเทียบนี้อธิบายไว้ในการมาร์กด้วยเลเซอร์ UV เทียบกับไฟเบอร์เลเซอร์

สองแนวทางสู่รอยมาร์กแบบเย็น

คำนี้ครอบคลุมสองเทคโนโลยีที่แตกต่างกัน และการสับสนระหว่างสองอย่างนี้ทำให้ระบุเครื่องราคาแพงสำหรับงานที่เครื่องราคาถูกกว่าทำได้ดี ทั้งสองหลีกเลี่ยงรอยมาร์กจากความร้อน แต่หลีกเลี่ยงด้วยหลักฟิสิกส์ที่ต่างกัน

สำหรับงานพอลิเมอร์ส่วนใหญ่ แนวทางอัลตราไวโอเลตเป็นคำตอบที่ถูกต้อง ระบบพัลส์สั้นพิเศษสมเหตุสมผลเมื่อมีข้อกำหนดเฉพาะ เช่น ลักษณะต่ำกว่าไมครอน ฟิล์มหลายชั้นที่ต้องมาร์กชั้นหนึ่งโดยไม่รบกวนชั้นถัดไป หรือชิ้นส่วนแสงที่ความเสียหายใต้ผิวใด ๆ ทำให้ใช้ไม่ได้

การรับรองรอยมาร์กแบบเย็นบนอุปกรณ์การแพทย์

การมาร์กแบบเย็นถูกระบุสำหรับอุปกรณ์การแพทย์มากกว่าภาคส่วนอื่น เพราะให้ตัวระบุอุปกรณ์เฉพาะถาวรโดยไม่มีสารเติมแต่งที่จะทำให้ต้องทบทวนประเด็นความเข้ากันได้ทางชีวภาพอีกครั้ง ทำให้รอยมาร์กอยู่ในบันทึกหลักของอุปกรณ์ การรับรองจึงต้องมีเอกสาร ไม่ใช่เพียงประสบความสำเร็จ

• มาร์กบนวัสดุของอุปกรณ์สำเร็จรูป ในสีสุดท้าย และด้วยสัดส่วนวัสดุบดรีไซเคิลที่การผลิตจะใช้จริง การรับรองบนแผ่นทดสอบสีธรรมชาติพิสูจน์ได้น้อยมากสำหรับชิ้นงานที่มีเม็ดสี
• ประเมินเกรดของรหัส ไม่ใช่ตรวจด้วยตา ตัวระบุอุปกรณ์เฉพาะอ่านด้วยเครื่อง จึงต้องกำหนดเกณฑ์การยอมรับตาม ISO/IEC 15415 สำหรับสัญลักษณ์สองมิติ กำหนดเกรดขั้นต่ำ ช่องรับแสง และการส่องสว่างในวิธีการตรวจสอบ ไม่ใช่เพียงในคำสั่งงานของผู้ปฏิบัติงาน
• ประเมินเกรดใหม่หลังการฆ่าเชื้อ หม้ออัดไอน้ำ รังสีแกมมา และเอทิลีนออกไซด์ ส่งผลต่อพื้นผิวพอลิเมอร์ต่างกัน ให้ประเมินเกรดสัญลักษณ์หลังครบจำนวนรอบที่ผ่านการตรวจสอบยืนยันแล้ว ไม่ใช่หลังรอบเดียว
• ยืนยันว่าไม่มีความเสียหายใต้ผิว ตัดหน้าตัดและตรวจตัวอย่างหารอยร้าวละเอียดหรือความขุ่นใต้รอยมาร์ก โดยเฉพาะบนพอลิคาร์บอเนตและอะคริลิก ซึ่งความเสียหายอาจมองไม่เห็นจากผิว
• กำหนดขอบเขตเงื่อนไขการรับรองซ้ำ การเปลี่ยนล็อตเรซิน การเปลี่ยนสารแต่งสี การเปลี่ยนแปลงกำลังของแหล่งกำเนิด และการเปลี่ยนชิ้นส่วนแสง ควรระบุไว้เป็นเหตุการณ์ที่ต้องประเมินเกรดรอยมาร์กใหม่

การแก้ปัญหารอยมาร์กแบบเย็น

ศัพท์และเอกสารที่เกี่ยวข้อง

• การมาร์กด้วยเลเซอร์ UV เทียบกับไฟเบอร์เลเซอร์
• เลเซอร์วานาเดต
• การผลิตยาและอุปกรณ์การแพทย์
• โซลูชันการมาร์กพลาสติกด้วยเลเซอร์
• การเร่งการเสื่อมสภาพ

การนำไปใช้ในการผลิตจริง

The Sabreen Group ให้การสนับสนุนด้านวิศวกรรมอย่างเป็นอิสระสำหรับการรับรองการมาร์กแบบเย็นด้วย UV สำหรับชิ้นส่วนทางการแพทย์ ชิ้นส่วนแสง และชิ้นส่วนที่ไวต่อความร้อน ไม่ว่าจะเป็นการกำหนดกระบวนการ การรับรองวัสดุ หรือการแก้ปัญหาในการผลิต ทีมบริการด้านวิศวกรรมของเรายินดีให้ความช่วยเหลือ ติดต่อเรา เพื่อหารือเกี่ยวกับการใช้งานที่ต้องการ

คำถามที่พบบ่อย

อะไรทำให้การมาร์กด้วยเลเซอร์แบบเย็นเป็น “แบบเย็น”

คือรอยมาร์กเกิดขึ้นโดยไม่มีความร้อนที่มีนัยสำคัญ มีสองกลไกที่แตกต่างกันทำได้ การมาร์กด้วยอัลตราไวโอเลตที่ 355 nm มีพลังงานโฟตอนเพียงพอที่จะตัดพันธะพอลิเมอร์โดยตรง การเปลี่ยนแปลงจึงเป็นแบบโฟโตเคมี ไม่ใช่แบบความร้อน การมาร์กด้วยพัลส์สั้นพิเศษ โดยใช้แหล่งกำเนิดระดับพิโควินาทีหรือเฟมโตวินาที ส่งพลังงานเร็วกว่าที่ความร้อนจะแพร่ออกจากโซนปฏิสัมพันธ์ ทั้งสองไม่ได้เย็นจริง ๆ แต่ในทั้งสองกรณี โซนได้รับผลกระทบจากความร้อนเล็กพอที่ชิ้นส่วนที่ไวต่อความร้อนจะไม่ถูกกระทบนอกลักษณะที่ตั้งใจมาร์ก

การมาร์กด้วยเลเซอร์แบบเย็นดีกว่าการมาร์กด้วยเลเซอร์แบบดั้งเดิมหรือไม่

ขึ้นอยู่กับการใช้งาน การมาร์กด้วยเลเซอร์แบบเย็นเหนือกว่าเมื่อทำงานกับชิ้นส่วนที่บอบบาง ไวต่อความร้อน หรือระดับไมโคร ซึ่งความเสียหายจากความร้อนยอมรับไม่ได้ สำหรับการมาร์กในการผลิตทั่วไปบนวัสดุรองรับที่แข็งแรง การมาร์กแบบความร้อนทั่วไปเร็วกว่าและประหยัดกว่ามาก

ใช้เลเซอร์ชนิดใดสำหรับการมาร์กแบบเย็น

สำหรับพลาสติก ส่วนใหญ่ใช้แหล่งกำเนิดวานาเดตแบบเพิ่มความถี่สามเท่าที่ 355 nm ซึ่งเป็นแนวทางที่ประหยัดและมาร์กพอลิเมอร์ส่วนใหญ่ได้โดยไม่ต้องใช้สารเติมแต่ง แหล่งกำเนิดระดับพิโควินาทีและเฟมโตวินาทีก็ให้รอยมาร์กแบบเย็นได้เช่นกัน โดยเอาชนะการแพร่ของความร้อนแทนที่จะอาศัยโฟโตเคมี และระบุใช้เมื่อโซนได้รับผลกระทบจากความร้อนของอัลตราไวโอเลตที่เล็กก็ยังมากเกินไป หรือเมื่อวัสดุรองรับไม่ดูดซับอัลตราไวโอเลตอย่างเป็นประโยชน์ ราคาสูงกว่ามาก

ใช้การมาร์กด้วยเลเซอร์แบบเย็นกับพลาสติกได้หรือไม่

ได้ และเหมาะเป็นพิเศษกับพลาสติกที่มีแนวโน้มหลอมหรือเปลี่ยนสีเมื่อได้รับความร้อน ให้รอยมาร์กคมชัดและความคมชัดสูงบนวัสดุ เช่น พอลิอิไมด์ พอลิคาร์บอเนต และ ABS ที่ไวต่อความร้อนที่ป้อนเข้า

การมาร์กด้วยเลเซอร์แบบเย็นถาวรหรือไม่

ถาวร รอยมาร์กที่สร้างขึ้นถาวรและทนการขัดถู ไม่ได้รับผลจากความชื้น สารเคมี หรือรังสี UV เพราะการเปลี่ยนแปลงเกิดในตัวเนื้อวัสดุ ไม่ใช่ถูกเติมลงบนผิว

การมาร์กแบบเย็นเหมือนกับการมาร์กด้วยพัลส์สั้นพิเศษหรือไม่

ไม่เชิง — การมาร์กด้วยพัลส์สั้นพิเศษเป็นหนึ่งในสองแนวทางที่ให้รอยมาร์กแบบเย็น สำหรับพลาสติก แนวทางที่พบบ่อยกว่าคือการมาร์กด้วยอัลตราไวโอเลตที่ 355 nm ซึ่งหลีกเลี่ยงความร้อนด้วยการตัดพันธะแบบโฟโตเคมี ไม่ใช่ด้วยการเอาชนะการแพร่ของความร้อน ระบบระดับพิโควินาทีและเฟมโตวินาทีให้ผลใกล้เคียงกันด้วยต้นทุนที่สูงกว่ามาก และระบุใช้เมื่อการใช้งานต้องการจริง ๆ

การมาร์กแบบเย็นช่วยให้ไม่ต้องใช้สารเติมแต่งสำหรับเลเซอร์หรือไม่

บ่อยครั้ง แต่ไม่เสมอไป พอลิเมอร์ส่วนใหญ่ดูดซับอัลตราไวโอเลตได้แรงกว่าที่ 1064 nm มาก จึงเป็นเหตุผลที่เรซินใสและสีอ่อนซึ่งมาร์กด้วยไฟเบอร์เลเซอร์ไม่ติดกลับมาร์กได้ง่ายด้วยอัลตราไวโอเลต ความคมชัดบนพอลิโอเลฟินธรรมชาติยังอยู่ในระดับปานกลาง ดังนั้นเมื่อต้องการรหัสที่คมชัดสูง อาจยังจำเป็นต้องใช้สารเติมแต่ง ควรทดสอบกับเกรดที่ใช้ผลิตจริง ไม่ใช่สมมติ

รับรองรอยมาร์กแบบเย็นสำหรับ UDI ของอุปกรณ์การแพทย์อย่างไร

ประเมินเกรดสัญลักษณ์ตาม ISO/IEC 15415 แทนการตรวจด้วยตา มาร์กบนวัสดุอุปกรณ์สำเร็จรูปในสีที่ใช้ผลิตจริง และประเมินเกรดใหม่หลังครบจำนวนรอบการฆ่าเชื้อที่ผ่านการตรวจสอบยืนยันแล้ว ระบุการเปลี่ยนล็อตเรซิน การเปลี่ยนสารแต่งสี กำลังของแหล่งกำเนิดที่คลาดเคลื่อน และการเปลี่ยนชิ้นส่วนแสง เป็นเงื่อนไขการรับรองซ้ำ เพราะทั้งสี่อย่างเปลี่ยนความคมชัดของรอยมาร์กโดยไม่มีสัญญาณเตือน

---