การมาร์กด้วยเลเซอร์ UV: การมาร์กแบบเย็นสำหรับพลาสติก แก้ว และ PCB

เมื่อปีที่แล้วมีบริษัทบรรจุภัณฑ์จากเยอรมนีส่งคอนเนกเตอร์โพลีคาร์บอเนตสีดำมาให้เรา เครื่องมาร์กไฟเบอร์ 20 วัตต์ของพวกเขาทำให้หมายเลขซีเรียลทุกตัวถูกเผาเป็นหลุมลึก และพลาสติกรอบข้อความก็เหลืองและแตกร้าวเป็นรอยภายในหนึ่งสัปดาห์

โพลีคาร์บอเนตแทบไม่ดูดกลืนแสงที่ 1064 นาโนเมตรเลย ลำแสงจึงปล่อยความร้อนลงไปในเนื้อวัสดุทั้งหมด ปัญหาอยู่ที่ความยาวคลื่น ไม่ใช่กำลังไฟ

ที่ 355 นาโนเมตร คอนเนกเตอร์ตัวเดิมทำให้ชิ้นงานยังเย็นอยู่ และได้โค้ดสีขาวที่ทนต่อการเช็ดด้วยแอลกอฮอล์ นั่นคือสิ่งที่
การมาร์กด้วยเลเซอร์ UV
หมายถึง และมีค่าใช้จ่ายสูงกว่าเครื่องมาร์กไฟเบอร์ทั่วไปสองถึงสามเท่า

ทำไม 355 นาโนเมตรจึงตัดแทนที่จะเผา

โฟตอนจากไฟเบอร์เลเซอร์ 1064 นาโนเมตรมีพลังงาน 1.17 eV ส่วนโฟตอน 355 นาโนเมตรมีพลังงาน 3.49 eV เกือบสามเท่า ภายในพัลส์ที่ยาวเพียงไม่กี่นาโนวินาที

เคมีของพอลิเมอร์เป็นตัวกำหนดเกณฑ์ พันธะแกนหลักคาร์บอน-คาร์บอนต้องใช้พลังงานประมาณ 3.6 eV ในการแตก พันธะ C-Cl ใช้ 3.4 eV พันธะ C-N ใกล้ 3.0 eV และโฟตอน 355 นาโนเมตรตกอยู่ที่เกณฑ์นั้นพอดี เมื่อโฟตอนสองตัวซ้อนทับกันในจุดโฟกัส พลังงานจะเกินเกณฑ์ พอลิเมอร์จึงแตกออกเป็นชิ้นส่วนระเหยแทนที่จะหลอมละลาย วงการนี้เรียกกระบวนการนี้ว่าการมาร์กด้วยเลเซอร์เย็น

ไฟเบอร์ใช้เส้นทางอีกแบบ พลาสติกและแก้วใสแทบโปร่งใสที่ 1064 นาโนเมตร พลังงานจึงกระจายเป็นความร้อนและการขจัดวัสดุกลายเป็นการระเหยด้วยความร้อน เกิดชั้นผิวที่แข็งตัวกลับและเขตได้รับความร้อนลึกหลายร้อยไมโครเมตร บนผนังหนา 2 มม. สิ่งนี้ทำให้ชิ้นงานบิดงอ

จุดโฟกัสคือผลตอบแทนที่สอง ขนาดจุดแสงแปรผันตามความยาวคลื่น ดังนั้นเมื่อผ่านเลนส์ 110 มม. ตัวเดียวกัน ลำแสง UV จะตกกระทบด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณหนึ่งในสามของลำแสงอินฟราเรด คือ 10 ถึง 20 ไมโครเมตร

อะไรที่ยูวีมาร์กได้ดี และเซอร์ไพรส์จากพอลิโอเลฟิน

ABS, PC, PS, PET และ PVC แข็งให้คอนทราสต์สูงได้เอง โดยเป็นสีขาวบนเกรดเข้มและสีเข้มบนเกรดธรรมชาติ ผ่านการสลายตัวของพื้นผิวแบบควบคุมแทนการใช้เม็ดสี เครื่องสลักเลเซอร์ยูวีสำหรับแก้วทิ้งรอยด้านที่สัมผัสได้โดยไม่เกิดรอยแตกร้าวขนาดเล็กที่เกิดจากการขีด อะลูมิเนียมอโนไดซ์ ผงเคลือบ เหล็กพ่นสี และ solder mask บน PCB ถูกกัดออกถึงความลึกที่ควบคุมได้ด้วยกำลังไฟต่ำมาก แม้ว่า photo-imageable solder mask จะไวต่อยูวีและต้องมีแผงตรวจสอบ ท่อ PE และ PVC ฟิล์มบลิสเตอร์ PET และฟอยล์เคลือบมาร์กได้สะอาด ซึ่งเป็นจุดที่โครงการมาร์กด้วยเลเซอร์สำหรับบรรจุภัณฑ์อุปกรณ์การแพทย์ส่วนใหญ่อยู่

จากนั้นก็มีกลุ่มที่ทำให้คนประหลาดใจ HDPE และ PP ธรรมดามาร์กอะไรที่เป็นประโยชน์ไม่ได้ที่ 355 นาโนเมตร หรือที่ 1064 นาโนเมตร เพราะเรซินไม่มีการดูดกลืนที่ความยาวคลื่นนั้นและไม่มีโครโมฟอร์ให้ทำปฏิกิริยา บนฝา HDPE สีดำคุณจะได้รอยขีดเงาจางๆ

การมาร์กด้วยเลเซอร์บน HDPE จะเป็นจริงได้ก็ต่อเมื่อเรซินมีสารเติมแต่งที่ไวต่อเลเซอร์: มาสเตอร์แบทช์ที่ใส่ในอัตรา 0.5 ถึง 2 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักและผสมเข้าไปในเม็ดก่อนขึ้นรูป เลเยอร์ดับเบิลไฮดรอกไซด์และแพ็กเกจเกลือโลหะเป็นเคมีที่ใช้กันทั่วไป

ดังนั้นนี่คือการตัดสินใจเชิงออกแบบ ไม่ใช่เรื่องการจัดซื้อ หากฝา 500,000 ชิ้นอยู่ในคลังแล้ว เครื่อง
เครื่องมาร์กด้วยเลเซอร์ยูวี
สำหรับพลาสติกจะไม่ช่วยกู้คืน พิมพ์ฉลาก หรือดู
เครื่องจักรที่เราสร้างสำหรับชิ้นส่วนพลาสติก
.

กำลังไฟและขนาดพื้นที่ทำงาน: แต่ละวัตต์ให้อะไรจริง

แหล่งกำเนิด UV ในคลาสนี้มีให้เลือก 3, 5, 10 และ 15 วัตต์ กำลังวัตต์กำหนดปริมาณวัสดุที่แปลงต่อวินาที ไม่ใช่ความละเอียดของรอยมาร์ก เลนส์ต่างหากที่ทำหน้าที่นั้น

ขนาดสนามคือจุดที่ผู้ซื้อมักผิดหวัง เลนส์ F=110 มม. ให้พื้นที่ประมาณ 70x70 มม. F=160 มม. ให้ 110x110 มม. และ F=254 มม. ให้ถึง 175x175 มม. โดยจุดเลเซอร์ขยายจาก 15 µm เป็น 40 µm เมื่อความหนาแน่นพลังงานลดลง

การแลกเปลี่ยนนี้หลีกเลี่ยงไม่ได้ โค้ดขนาด 2 มม. ต้องการเลนส์สั้น ขวดขนาด 150 มม. ต้องการเลนส์ยาว และขนาดใดก็ตามที่อยู่ระหว่างกลางต้องใช้สองรอบแบบกำหนดตำแหน่ง ซึ่งจะเห็นรอยต่อชัดเจน

ความเร็ว เวลารอบ และจุดที่ปริมาณงานหายไปจริง ๆ

ความเร็ว Galvo ทำงานที่ 700 ถึง 2,000 มม./วินาที และแทบไม่เคยเป็นตัวกำหนดผลผลิตของคุณ

กำลังไฟเฉลี่ยต่างหากที่เป็นตัวกำหนด ที่ 5 W คุณมีงบพลังงานคงที่ทุกวินาที และระยะห่างแฮทช์เป็นตัวใช้มัน: แฮทช์ 0.03 มม. บนบล็อกทึบขนาด 10x10 มม. หมายถึงประมาณ 330 รอบ และ 0.01 มม. ทำให้เวลาเพิ่มเป็นสามเท่า Data Matrix ขนาด 2x2 มม. ใช้เวลา 0.2 ถึง 0.4 วินาที โลโก้ขนาด 20x20 มม. ใช้ 4 ถึง 8 วินาที และขวดฝ้า 40 มม. ใช้ 6 ถึง 12 วินาทีที่ 10 W

การจัดการชิ้นงานเพิ่มเข้าไปอีก บนแท่นทำงานแบบแมนนวล การมาร์ก 6 วินาทีกลายเป็นรอบการทำงาน 20 วินาที เมื่อคุณเปิดประตู วางชิ้นงาน และปิดประตู ด้วยหัวแยกเหนือสายพานลำเลียง เวลาของเลเซอร์คือเวลารอบ และหัวเดียวกันนี้ทำงานกับชิ้นส่วนเล็ก ๆ ได้ 8,000 ถึง 15,000 ชิ้นต่อชั่วโมง

การควบคุมคอนทราสต์และการดูดควัน

บน PC สีดำหรือ ABS สีดำ รอยมาร์กสีขาวคือฟอง ลำแสงย่อยสลายชั้นผิวบาง ๆ และก๊าซที่ระเหยออกมาทิ้งช่องว่างขนาดจิ๋วที่กระจายแสงกลับ รักษาพลังงานต่อพัลส์ให้ต่ำ เพิ่มความถี่เป็น 60 หรือ 100 kHz และเดินสามรอบที่กำลัง 40 เปอร์เซ็นต์ แทนที่จะเป็นรอบเดียวที่ 90 เปอร์เซ็นต์ การเดินรอบเดียวที่ร้อนจัดจะทิ้งสันนูนและลอกเป็นแผ่นภายในไม่กี่เดือน

พลาสติกสีอ่อนและสีธรรมชาติจะเปลี่ยนเป็นสีดำเมื่อถูกคาร์บอไนซ์และทิ้งรอยดำไว้ ความหนาแน่นของเส้นฟัก 0.01 ถึง 0.02 มม. ให้พื้นผิวทึบ และค่าชดเชยโฟกัส 0.1 ถึง 0.3 มม. จะขยายจุดและทำให้โทนเนียนขึ้น

ความทนทานควรพูดกันตรงๆ รอยสีขาวแบบฟองไม่ทนทานเท่ารอยที่เกิดจากเส้นใยที่อบอ่อนเข้าเนื้อสแตนเลส ควรเช็ดด้วยแอลกอฮอล์และทดสอบด้วยเทปก่อนสัญญาว่าฉลากจะอยู่ได้สิบปี

ระบบดูดควันไม่ใช่ตัวเลือกเสริม PVC มีคลอรีนประมาณ 57 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก และปล่อยไฮโดรเจนคลอไรด์เมื่อถูกยิงเลเซอร์ และ HCl รวมกับความชื้นกลายเป็นกรดไฮโดรคลอริก ซึ่งกัดสารเคลือบเลนส์และกระจกกัลโว เราเคยเห็นหัว 10 W เสียหน้าต่างเอาต์พุตภายในหนึ่งปีเมื่อตัด PVC โดยไม่มีระบบดูดควัน ดังนั้น PVC ต้องมีขั้นตอนการฟอกด้วยด่างและท่อดูดเฉพาะ

ABS ปล่อยสไตรีนและอะคริโลไนไตรล์ PC ปล่อยฟีนอลตกค้าง และทั้งคู่ต้องการ HEPA H13 พร้อมคาร์บอน ควรเลือกขนาด 200 ถึง 400 ลบ.ม./ชม. ที่หัวฉีด ไม่ใช่เครื่องดูด 60 ลบ.ม./ชม. ที่แถมมากับตู้ราคาถูก

อายุการใช้งานแหล่งกำเนิดแสงและการกำหนดค่าของเครื่อง

แหล่งกำเนิดแสง 355 นาโนเมตรมีอายุการใช้งานไม่นานเท่าโมดูลไฟเบอร์ คาดว่าจะอยู่ที่ 15,000 ถึง 20,000 ชั่วโมงที่กำลังไฟพิกัด เทียบกับประมาณ 100,000 ชั่วโมงสำหรับไฟเบอร์

กำลังเอาต์พุตจะค่อยๆ ลดลงก่อนที่หลอดจะดับ ประมาณ 12,000 ชั่วโมงคุณจะเริ่มปรับกำลังไฟขึ้นเพื่อรักษาคอนทราสต์ ดังนั้นควรบันทึกค่าที่ตั้งไว้ตอนติดตั้งและตรวจสอบซ้ำทุก 2,000 ชั่วโมง

การเปลี่ยนหลอดคือค่าใช้จ่ายที่ทำให้หลายคนตกใจ โมดูล 5 W ราคา 2,500 ถึง 4,000 ดอลลาร์สหรัฐ และโมดูล 10 W ราคา 4,000 ถึง 7,000 ดอลลาร์สหรัฐ บวกค่าติดตั้ง คิดเป็น 20 ถึง 30 เซนต์ต่อชั่วโมงตลอดอายุการใช้งานพิกัด ซึ่งไม่เป็นปัญหาในสายการผลิตสองกะ แต่ยากที่จะคุ้มทุนหากผลิตแค่วันละสี่สิบชิ้น

การกำหนดค่าก็สำคัญเช่นกัน เครื่องตั้งโต๊ะรวมเลเซอร์ กัลโว และชุดควบคุมไว้ในตู้เดียวหลังประตูแบบแมนนวล เหมาะกับงานเป็นชุดชิ้นส่วนเล็ก ส่วนหัวแบบแยกจะต่อกับสายเชื่อมยาว 2 ถึง 3 เมตร ทำให้ติดตั้งในตู้นิรภัย วางเหนือสายพานลำเลียง หรือแขวนบนข้อมือหุ่นยนต์ได้ และผู้ซื้อที่ต้องการต่อเข้ากับสายการผลิตมักเลือก
หัวมาร์กกิ้ง UV แบบแยก
.

คำถามที่พบบ่อย

แหล่งกำเนิดเลเซอร์ UV มีอายุการใช้งานนานเท่าใด?
คาดว่าจะใช้งานได้ 15,000 ถึง 20,000 ชั่วโมงที่กำลังไฟพิกัด กำลังไฟจะค่อยๆ ลดลงตั้งแต่ประมาณชั่วโมงที่ 12,000 ดังนั้นคุณจึงต้องเพิ่มกำลังไฟเล็กน้อยเพื่อรักษาคอนทราสต์

เลเซอร์ UV สามารถมาร์ก HDPE โดยไม่ใช้สารเติมแต่งได้หรือไม่?
ไม่ได้ และนี่คือความเข้าใจผิดที่เราพบบ่อยที่สุด HDPE และ PP ทั่วไปไม่มีการดูดกลืนที่ความยาวคลื่น 355 นาโนเมตร ดังนั้นคุณจะได้เพียงรอยขีดข่วนมันวาวจางๆ แทนที่จะเป็นมาร์กที่อ่านได้ วิธีแก้คือใช้มาสเตอร์แบทช์ในอัตรา 0.5 ถึง 2 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก

我需要多少瓦数来加工塑料？
5 W ครอบคลุมงานมาร์กบนพลาสติกและโลหะเคลือบส่วนใหญ่ รวมถึงสายการแพทย์และโค้ด 2D ขนาดเล็ก หากต้องการกำลังการผลิตสูงขึ้นหรืองานแก้วที่หนักขึ้น ให้เปลี่ยนไปใช้ 10 W ส่วน 3 W กำลังไม่พอสำหรับพื้นที่ทึบ และ 15 W ทำให้ค่ามอดูลสูงขึ้น

การมาร์กด้วย UV ทำให้พื้นผิวเสียหายหรือไม่?
น้อยกว่าการมาร์กด้วยอินฟราเรด แต่ไม่ใช่ศูนย์ โดยทั่วไป HAZ อยู่ที่ 10 ถึง 50 µm และชิ้นงานออกจากอุปกรณ์ที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งเป็นเหตุผลที่กระบวนการนี้เหมาะกับผนังบาง อย่างไรก็ตามควรตรวจสอบยืนยัน: เช็ดด้วยแอลกอฮอล์ ทดสอบด้วยเทป ตามข้อกำหนดการขัดถู

เลเซอร์ UV มาร์กบนโลหะได้หรือไม่?
บนโลหะเคลือบและอะโนไดซ์ ได้ และได้ผลดีมาก ส่วนโลหะเปล่าเป็นอีกเรื่องหนึ่ง: UV สร้างรอยมาร์กตื้นลึกไม่กี่ไมครอนโดยมีความคมชัดปานกลาง สำหรับการแกะสลักลึก ชิ้นงานขนาดใหญ่ หรือการมาร์กโลหะปริมาณมาก แหล่งกำเนิดไฟเบอร์หรือ MOPA คือเครื่องมือที่เหมาะสม

จุดที่ UV เสียเปรียบ และสิ่งที่มันเข้ามาแทนที่

หากคุณต้องการความลึกในการแกะสลัก 0.3 มม. ในเหล็ก 3 มม. UV ไม่ใช่คำตอบ หัว UV จะกัดเนื้อวัสดุระดับไมครอนต่อรอบบนโลหะ ขณะที่แหล่งกำเนิดไฟเบอร์กัดได้ระดับหนึ่งในสิบของมิลลิเมตร งานสีบนโลหะสำหรับสแตนเลสเป็นของ
เครื่องมาร์กเลเซอร์ MOPA
, ซึ่งสร้างฟิล์มโครเมียมออกไซด์ที่คุณปรับแต่งได้ด้วยการควบคุมความกว้างพัลส์

ขนาดเป็นอีกหนึ่งข้อจำกัด: สนาม 175x175 มม. คือขีดจำกัดสูงสุดสำหรับหัวกัลโว ดังนั้นแผงขนาด 400 มม. จึงเป็นงานของไฟเบอร์

จุดที่ UV ได้เปรียบคือในงานที่กระบวนการอื่นทำไม่สำเร็จ เมื่อเทียบกับสามกระบวนการที่มักถูกแทนที่ด้วย UV ผลทางเศรษฐศาสตร์เป็นเช่นนี้

คำนวณตัวเลขก่อน ระบบ UV ราคา 11,000 เหรียญสหรัฐเทียบกับการปั๊มร้อนที่ 0.03 เหรียญสหรัฐต่อชิ้นจะคุ้มทุนที่ประมาณ 370,000 ชิ้น หากต่ำกว่า 50,000 ชิ้นต่อปี ร้านส่วนใหญ่ที่เราเสนอราคาให้จะคุ้มกว่าถ้าใช้การพิมพ์

สำหรับอุปกรณ์ Class II ข้อโต้แย้งด้านกฎระเบียบจะชี้ขาดก่อนการคำนวณตัวเลข เครื่องหมายต้องทนต่อการขนส่ง การฆ่าเชื้อ และการใช้งานของผู้ใช้ปลายทาง โดยผลิตขึ้นโดยไม่ใช้หมึกที่สามารถซึมเข้าสู่สิ่งกีดขวางปลอดเชื้อได้

ส่งวัสดุ ขนาดเครื่องหมาย และปริมาณต่อกะมาให้เรา แล้วเราจะบอกคุณว่าระบบ UV เหมาะสมหรือไม่ หากคำตอบคือหัวไฟเบอร์ เราจะบอกคุณตามนั้น