На какие материалы можно наносить маркировку с помощью УФ-лазерного маркировочного станка?

Краткий ответ: больше, чем вы думаете

Зайдите на любой производственный участок, где обрабатываются чувствительные компоненты — медицинские устройства, потребительская электроника, упаковка премиум-класса — и, скорее всего, где-то в технологической линии вы найдёте установку для маркировки УФ-лазером. Однако задайте операторам вопрос о том, какие именно материалы можно обрабатывать на ней, и получите самые разные ответы. Одни скажут «пластик», другие — «стекло», а некоторые упомянут металлы.

На самом деле, маркировка ультрафиолетовым лазером охватывает более широкий спектр материалов, чем полагают многие. Однако настоящий вопрос заключается не только в том, что можно маркировать, — а в том, что следует маркировать ультрафиолетовым лазером, а не другими типами лазеров. Именно это различие имеет решающее значение в производственной среде.

Почему ультрафиолетовые лазеры обеспечивают иной тип маркировки

Установки для ультрафиолетовой лазерной маркировки работают на длине волны 355 нм, что принципиально отличается от длины волны 1064 нм волоконных лазеров или 10,6 мкм в системах на основе CO₂. Более короткая длина волны полностью меняет характер взаимодействия лазерного луча с материалом.

Вместо того чтобы генерировать тепло для испарения или плавления поверхности, ультрафиолетовые лазеры напрямую разрывают молекулярные связи посредством фотохимического процесса. Этот метод часто называют «холодной обработкой», поскольку тепловое воздействие минимально или отсутствует вовсе. Материал не обугливается, не обгорает и не деформируется в области маркировки.

Именно это техническое различие раскрывает широкие возможности в работе с материалами. Термочувствительные материалы, которые теряют цвет или деформируются под воздействием инфракрасных лазеров, можно маркировать чисто и без повреждений с помощью УФ-лазеров.

Пластмассы: область, где УФ-лазеры проявляют свои лучшие качества

Пластмассы — это оптимальная область применения УФ-лазерной маркировки. Полиэтилен (PE), поливинилхлорид (PVC), полипропилен (PP) и многие другие полимерные материалы хорошо реагируют на УФ-излучение. УФ-фотоны вызывают фотохимическую трансформацию, приводящую к изменению цвета пластмассы без удаления материала и без теплового повреждения.

Например, УФ-лазеры позволяют создавать темные, высококонтрастные метки на нейлоне и полиуретане, содержащих диоксид титана — материал, широко применяемый в бытовых автоматических выключателях. УФ-маркировка также применима для прозрачных и покрытых пластиков, а также для окрашенных материалов. В фармацевтической упаковке УФ-маркировка используется на желатиновых капсулах, блистерных упаковках и крышках флаконов.

Производственная компания из Среднего Запада США, специализирующаяся на контрактном производстве медицинских изделий, столкнулась с проблемами при использовании волоконных лазеров для маркировки полимерных катетерных компонентов. Тепловое воздействие вызывало деформацию поверхности, что негативно сказывалось на герметизирующих поверхностях. Переход на установку для лазерной маркировки ультрафиолетовым лазером полностью устранил эту проблему: маркировка получалась чёткой, а детали сохраняли свою геометрическую точность. При этом производительность производства не снизилась.

Стекло, керамика и другие сложные поверхности

Стекло создаёт иной набор трудностей. Традиционные лазеры на основе CO₂ при маркировке стекла вызывают микротрещины, которые могут нарушить его структурную целостность. УФ-лазеры обеспечивают более равномерное и детализированное гравирование без риска возникновения микротрещин.

Возможность «холодного» гравирования делает УФ-лазеры подходящими как для покрытого, так и для непокрытого стекла — от оптических линз и ЖК-панелей до бутылок для напитков и посуды.

Керамика, кремниевые пластины и некоторые композитные материалы также поддаются маркировке в ультрафиолетовом диапазоне. Производители полупроводников используют УФ-системы для точной маркировки пластин и ИС-компонентов, где любое тепловое воздействие недопустимо.

Металлы: да, но с оговорками

УФ-лазерные маркировочные станки способны маркировать металлы, однако именно здесь начинают проявляться их ограничения. Можно маркировать нержавеющую сталь, алюминий, золото, серебро и другие полированные или покрытые поверхности. Тем не менее для большинства применений маркировки металлов волоконные лазеры, как правило, быстрее и экономически выгоднее.

УФ-лазер становится предпочтительным выбором для маркировки металлов при наличии теплочувствительной поверхности или когда требуется чрезвычайно мелкая детализация маркировки. Покрытые металлы, тонкие фольги и некоторые применения с драгоценными металлами выигрывают от низкого теплового воздействия. Однако для повседневной маркировки металлических деталей — например, серийных номеров на стальных кронштейнах или логотипов на алюминиевых корпусах — волоконный лазер обычно является более практичным решением.

Случаи, когда использование УФ-лазера нецелесообразно

Честность в отношении ограничений имеет значение. УФ-лазерные маркировочные станки не подходят для всех материалов и всех задач. Высокозеркальные поверхности могут рассеивать лазерный луч непредсказуемым образом. Некоторые тёмные или наполненные углеродом пластики по-разному поглощают УФ-энергию и могут не обеспечивать достаточного контраста.

Важно также соотношение затрат и результатов. Источники УФ-лазерного излучения, как правило, дороже, чем волоконные или CO₂-альтернативы. При маркировке металлов в больших объемах, когда тепловое воздействие не является проблемой, рентабельность инвестиций в УФ-лазер не всегда оправдана.

Правильный выбор материалов для обработки

Выбор материалов, которые будут обрабатываться на УФ-лазерной маркировочной установке, зависит от трех факторов: термочувствительности, требуемой точности и объема производства. Теплочувствительные пластики, стекло и деликатные электронные компоненты предпочтительно маркировать УФ-лазером. Прочные металлические детали с невысокими требованиями к допускам? Для их маркировки быстрее и дешевле подойдут волоконные лазеры.

Ценность УФ-лазеров заключается в их универсальности при работе с различными типами материалов, с которыми другие лазеры справляются плохо. Одна и та же установка может выполнять маркировку полимеров медицинского класса, гравировку стеклянных ампул и нанесение кодов на керамические подложки — всё это без замены аппаратного обеспечения.

Компания Smida уже много лет производит УФ-лазерные маркировочные системы наряду с волоконными и CO₂-установками; её оборудование используется в самых разных отраслях — от производства медицинских изделий до потребительской электроники. Общим фактором среди клиентов компании является не какой-то один тип материала, а осознание того, что в случаях, когда тепловое повреждение недопустимо, УФ-лазер — это оптимальное решение.