Ako funguje laserové značenie a čo sa pri ňom deje?
Pri laserovom značení dopadá laserový lúč na materiál a vytvára reakciu, ktorá zanecháva trvalú stopu. Rýchlosť, výkon a zameranie laserového lúča na povrch dielca vedú k rôznym laserovým procesom, ako je odstránenie materiálu, jeho spálenie alebo zmena farby. Tieto značiace procesy sa označujú ako laserové gravírovanie, laserové leptanie, laserové žíhanie, laserová karbonizácia, laserová ablácia alebo laserové spenenie.
Výber správnej laserovej technológie a jej konfigurácie sú kľúčom ku kvalitnému značeniu dielov. Najskôr je potrebné definovať požiadavky na aplikáciu (materiál, veľkosť a geometria dielca, dostupný čas na značenie, výrobný proces). Tieto požiadavky pomôžu určiť laserový systém, výkon a proces, ktorý je potrebný pre laserové značenie daného materiálu.
Vlnové dĺžky a materiály
Rôzne materiály reagujú na rôzne vlnové dĺžky odlišne. Každý materiál má jedinečné zloženie, ktoré absorbuje určité vlnové dĺžky a iné nie. Keďže lasery produkujú iba jednu vlnovú dĺžku, sú to vysoko špecializované nástroje na značenie veľmi špecifických materiálov. Rôzne materiály tak majú rôzne požiadavky na laser. V závislosti od materiálu je vhodný buď vláknový, alebo CO₂ laserový systém.
Vláknové laserové systémy sú najlepšie na značenie kovov, pretože väčšina kovov dobre reaguje na vlnovú dĺžku 1 mikrometer (1064 nm), ktorá je pri vláknových laserových systémoch najbežnejšia.
Plynové laserové systémy sú najvhodnejšie na značenie organických materiálov. Najznámejšie plynové lasery sú CO₂ lasery. Na ich vlnové dĺžky 9 až 10,6 mikrometra (9000 – 10 600 nm) dobre reaguje väčšina organických zlúčenín. Kovy však na tieto vlnové dĺžky reagujú zle.
Typy laserových procesov pri značení
Cieľová aplikácia určuje, aký laserový proces značenia zvoliť. Môžete napríklad potrebovať vytvoriť nezmazateľné, vysoko odolné značky alebo zabezpečiť, aby sa proces značenia zmestil do určitého časového cyklu.
Laserové gravírovanie
Laserové gravírovanie je široko používaná metóda laserového značenia, ktorá sa bežne využíva na tvorbu identifikačných čísel, schém, log či QR kódov.
Pri laserovom gravírovaní sa z povrchu odstraňuje materiál, čím vzniká znateľná hĺbka a textúra. Výsledkom tejto techniky je 3D efekt pri pohľade zo špecifických uhlov a tiež hmatový vnem pri dotyku.
Počas gravírovania laserové lúče zvyšujú teplotu povrchu až k bodu varu materiálu, čo spôsobuje jeho roztavenie a následné odparenie. V niektorých prípadoch môže materiál vplyvom intenzívneho tepla zhorieť a premeniť sa na prach alebo úlomky.
Laserové gravírovanie je obzvlášť vhodné na materiály, ako sú drevo, plasty, keramika a niektoré kovy. Najmä pri gravírovaní kovov je dôležité použiť vláknový laser s dostatočným výkonom, aby sa dosiahla požadovaná hĺbka a 3D efekt. Nedostatočný výkon môže mať za následok plytké značky, ktoré postrádajú charakteristickú hĺbku a štruktúru správneho gravírovania.
Laserové gravírovacie stroje sa využívajú napríklad na značenie odolné proti falšovaniu alebo voči agresívnym následným úpravám, ako je pieskovanie.
Laserové leptanie (etching)
Laserové leptanie, známe aj ako etching, je určené na vysokorýchlostné a vysoko kontrastné značenie. Obvykle sa používa v prípadoch, keď je značiaci povrch potiahnutý silnou vrstvou alebo keď musí byť proces laserového značenia čo najrýchlejší, aby bolo možné značenie integrovať do výrobnej linky.
Technológia laserového etchingu takmer okamžite roztaví povrch materiálu a vytvorí na ňom vysoké a nízke nerovnosti. Vznikajú tak napríklad vysoko kontrastné čierne a biele značky.
Laserové žíhanie (annealing)
Laserové žíhanie, známe aj ako annealing, je technika, pri ktorej sa kov pomaly zohrieva laserovým lúčom. To spôsobí, že kyslík difunduje pod povrch kovu a oxiduje ho zvnútra. Keď kov vychladne, zmení svoju farbu. Tento proces sa tiež označuje ako tepelné značenie a spočíva v tom, že laserový lúč pôsobí na povrch predmetu malým množstvom tepla, čo spôsobuje termochemickú reakciu.
Najčastejšie vzniká čierna farba, ale úpravou nastavení výkonu laseru možno získať aj iné farby, napríklad červenú, žltú a zelenú. Na rozdiel od laserového gravírovania nevytvára laserové žíhanie rezy ani hlboké stopy; namiesto toho sa značenie vytvára na povrchu oxidáciou, čím sa zachová hladký vzhľad.
Laserové žíhanie sa používa prevažne na kovy, najmä titán, oceľ, železo a ďalšie železné materiály. Široko sa využíva v rôznych priemyselných odvetviach, vrátane lekárskeho, automobilového a leteckého priemyslu. Je vhodné pre materiály, ktoré sa nesmú poškodiť. Je to jedno z mála riešení na značenie nehrdzavejúcej ocele, ktorej povrch musí zostať značením nedotknutý.
Laserový annealing sa používa aj na estetické aplikácie, ako sú logá. Žíhanie je síce pomalšie ako iné procesy laserového značenia, ale vytvára najkrajšiu povrchovú úpravu.
Laserová karbonizácia
Karbonizácia laserom je proces, ktorý sa využíva pri niektorých kovoch a zliatinách obsahujúcich uhlík. Pri pôsobení laserových lúčov na materiál dochádza vplyvom vysokých teplôt k migrácii molekúl uhlíka na povrch, kde sa vplyvom tepla vytvárajú väzby s povrchovými molekulami. V dôsledku tejto väzby sa na povrchu objavia tmavé stopy.
Táto špecifická technika laserového značenia je použiteľná výhradne pre kovy obsahujúce uhlík, ako je oceľ, nehrdzavejúca oceľ, titán a ďalšie kovy a zliatiny, a čiastočne aj pre polyméry obsahujúce uhlík alebo špeciálne kompozitné prímesi. Využitím jedinečných vlastností migrácie uhlíka je možné na týchto svetlých materiáloch vytvárať trvanlivé tmavé značenie.
Laserová ablácia
Laserová ablácia vytvára značku tým, že z povrchu odstráni niečo iné ako samotný materiál (zvyčajne farbu). Časť náteru možno odstrániť a označiť tak identifikátor, napríklad čiarový kód. Laserová ablácia je to isté ako laserové čistenie. Jediný rozdiel je v použití: cieľom je označiť, nie vyčistiť. V určitých prípadoch je laserová ablácia najrýchlejším riešením laserového značenia. Napríklad odstránenie farby je rýchlejšie ako značenie ocele.
Laserové spenenie (foaming)
Pri laserovom spenení značiaci laser taví povrch materiálu a vytvára v ňom mikroskopické plynové bublinky, čo vedie k zmene farby a textúry povrchu (typicky na svetlejší odtieň). Keď sa totiž plynové bublinky snažia uniknúť z povrchu, oxidujú a vytvárajú na materiáli atraktívny vzhľad v podobe lomu svetla a trblietavého efektu.
Laserové spenenie sa bežne využíva na značenie plastov, najmä tmavých polymérov, kde je potrebné vytvoriť kontrastné biele označenie. Naopak, nie je kompatibilné s materiálmi, ako sú kovy a drevo.