Подписка
Автор: 
С.Н. Шелыгина, А.А. Акимов, Н.В. Буров., Ф. М. Василенко, АО «ЛЛС»; Currie Rao, Neo Yang, компания Huaray

Лазерная маркировка — самый современный метод нанесения графической или текстовой информации на поверхности материалов широкого спектра. Она представляет собой локальное облучение поверхности сфокусированным лазерным излучением с высокой плотностью мощности, которое сопровождается удалением материала (абляцией), изменением его цвета и структуры в результате физической или химической реакции, в результате чего формируется перманентное изображение высокой точности.
По сравнению с традиционной механической гравировкой, химическим травлением, трафаретной печатью и струйной маркировкой лазерная маркировка обладает рядом преимуществ (табл. 1).

 

Таблица 1. Сравнение лазерной маркировки и струйной печати

    Лазерная маркировка Струйная печать
Обработка Защита от подделок • Перманентное изображение, устойчивое к механическому воздействию, кислотным и щелочным средам, высоким и низким температурам
• Сложно повторить или изменить
Изменяемый и неустойчивый рисунок
  Рабочее состояние • Высокая эффективность
• Безостановочная маркировка
• Работа в статическом или динамическом режиме
Низкая эффективность, работа в статическом режиме
  Гибкость Маркировка серийных номеров, штрих-кодов, QR-кодов, логотипов, графических рисунков любой сложности Маркировка штрих-кодов, номеров, простой графики
  Надежность • 24-часовая непрерывная работа
• Программное обеспечение практически полностью исключает брак
• Не требует обслуживания
• Не нуждается в создании специальных рабочих условий
• Может быть встроена в любую производственную линию
• Высокий процент брака
• Зависимость от рабочих условий
  Разрешение Высокое, больше 1000 dpi Низкое ≤ 60 DPI
Стоимость Исходная стоимость Высокая Низкая
  Стоимость эксплуатации Низкая Высокая
  Расходные материалы Не требуются Требуются
Экологичность и безопасность   Экологически безопасно Загрязняет окружающую среду

 

 

Установки для лазерной маркировки изготавливают на основе газовых, волоконных и твердотельных лазеров.
Лазерные маркировщики на основе СО2‑лазера обычно применяются для маркировки неметаллов: бумаги, кожи, дерева и т. д. Они имеют небольшой ресурс работы и требуют сложного технического обслуживания.
Наиболее широкое распространение получили волоконные лазерные маркировщики. Их популярность обоснована более низкой стоимостью, большим ресурсом работы (около 100 000 рабочих часов без обслуживания излучателя) и простотой эксплуатации. Волоконные лазеры с конструкцией, выполненной по схеме MOPA (оптического усилителя мощности), с перестраиваемой длительностью импульса позволяют получать черную маркировку на анодированном алюминии, цветную маркировку на металлах, более контрастную маркировку на некоторых видах пластиков, в отличие от обычных волоконных лазеров.

Рис. 1. Пример СО2‑лазерной маркировки на скорлупе.

Рис. 1. Пример СО2‑лазерной маркировки на скорлупе.

Рис. 2. Пример СО2‑лазерной маркировки на коже.

Рис. 2. Пример СО2‑лазерной маркировки на коже.

Рис. 3. Пример волоконной лазерной маркировки на керамике

Рис. 3. Пример волоконной лазерной маркировки на керамике

Рис. 4. Пример волоконной лазерной маркировки на металле

Рис. 4. Пример волоконной лазерной маркировки на металле

 

 

Недостаток волоконных лазеров заключается в том, что при маркировке пластиков они выжигают материал, маркировка получается неконтрастной и недостаточно высокой точности.
Большинство проблем волоконных маркировщиков решается использованием маркировщиков на основе ультрафиолетового лазера с длиной волны излучения 355 нм.
355 нм — длина волны излучения третьей гармоники твердотельного лазера. Ее генерация происходит по следующей схеме: источник накачки, диод с длиной волны 808 нм, создает инверсию населенности в кристалле Nd: YVO4, который излучает на длине волны 1064 нм. Его излучение попадает на нелинейный кристалл I, в котором возбуждается вторая гармоника (532 нм), затем излучение основной частоты смешивается с излучением второй гармоники на нелинейном кристалле II. В результате на выходе излучается третья гармоника.

Рис. 5. Схема генерации третьей гармоники твердотельного лазера (на примере УФ-лазера компании Huaray).

Рис. 5. Схема генерации третьей гармоники твердотельного лазера (на примере УФ-лазера компании Huaray).

 

Длина волны ультрафиолетового лазера 355 нм универсальна для маркировки широкого спектра материалов и идеально подходит для применений, требующих «холодной маркировки», то есть с небольшой зоной теплового воздействия. Ультрафиолетовый лазер может выполнять маркировку пластмасс и силиконовых материалов, бумаги, а также маркировку стекла с меньшим риском микроразрушений.
Ультрафиолетовый лазер излучает на длине волны, в 3 раза меньшей волоконного лазера, 355 нм против 1064 нм, что позволяет достигнуть меньшего размера пятна на обрабатываемой поверхности. А также длина импульса УФ-лазеров короче, чем у волоконных, за счет чего то же самое количество энергии сообщается материалу за меньшее время. Таким образом, при обработке некоторых полимеров УФ-излучение не «выжигает» материал, а модифицирует его, разрушая химические связи в веществе, за счет концентрации большой энергий в меньшем объеме и за меньшее время.
Все это позволяет получить контрастное изображение высокой точности на пластике любого цвета (в том числе черном ПВХ и сшитом полиэтилене).
На рис. 6–9 приведены примеры маркировки, выполненной маркировщиками на основе волоконного (Fiber), СО2 и УФ (DPSS) лазеров на различных материалах.

 

Рис. 6. Маркировка на пластике, выполненная УФ-лазером (DPSS), имеет более высокое разрешение

Рис. 6. Маркировка на пластике, выполненная УФ-лазером (DPSS), имеет более высокое разрешение

Рис. 7. Маркировка бумаги: УФ-лазер, в отличие от СО2‑лазера, не карбонизирует бумагу

Рис. 7. Маркировка бумаги: УФ-лазер, в отличие от СО2‑лазера, не карбонизирует бумагу

Рис. 8. Маркировка пластиков: четкая и контрастная маркировка УФ-лазером как на белом, так и на цветном пластике

Рис. 8. Маркировка пластиков: четкая и контрастная маркировка УФ-лазером как на белом, так и на цветном пластике

Рис. 8. Маркировка пластиков: четкая и контрастная маркировка УФ-лазером как на белом, так и на цветном пластике

Рис. 9. Сравнение маркировки трубы, выполненной на волоконном маркировщике (1064 нм) и УФ-маркировщике (355 нм): волоконный плавит материал, УФ-осветляет

Рис. 9. Сравнение маркировки трубы, выполненной на волоконном маркировщике (1064 нм) и УФ-маркировщике (355 нм): волоконный плавит материал, УФ-осветляет

 

Установки для лазерной маркировки на основе ультрафиолетового лазера с длиной волны 355 нм применяются  для прецизионной обработки электронных компонентов, маркировки печатных плат и микрочипов, солнечных батарей, точной маркировки медицинских инструментов, а также всех видов стекла, керамики, LED-панелей, пластиков, бумаги, активно применяются на производстве кабелей, позволяя наносить контрастную маркировку с высоким разрешением на изоляцию кабеля любого диаметра, а также идентификационную информацию (серийные номера, QR-коды, штрих-коды и т. д.) на поверхности материалов широкого спектра, в том числе на «трудные материалы»: сшитый полиэтилен, полиэтилен, пвх и др.
Все приведенные примеры маркировки изделий выполнены на оборудовании, производимом компаниями HGTECH. В основе установок находился твердотельный лазерный источник (DPSS), производимый компанией Huaray.

 

Источник: журнал "РИТМ машиностроения" № 1-2019

 

Реклама наших партнеров