Aktuální vydání

celé číslo

02

2021

Systémy pro řízení vodárenských sítí a ČOV

Hladinoměry

celé číslo

Panasonic: Popisování výrobků z široké škály materiálů ve vysoké kvalitě

Společnost Panasonic patří v oboru laserového značení ke světové špičce. Inovace, spolehlivost a kvalita – to jsou charakteristiky bohatého sortimentu produktů, které Panasonic nabízí. Doplňuje je špičkový servis a technická podpora, která pomáhá zákazníkům řešit běžné i obtížné úlohy. Několika případovým studiím se bude věnovat i tento článek. 

Laser není supermoderní vynález – první lasery byly zkonstruovány už před šedesáti lety. Dlouho však nacházely uplatnění jen v laboratořích nebo ve sci-fi románech a filmech. Teprve v posledních několika letech začaly člověka provázet v běžném životě i v průmyslové praxi. Využívají se ke svařování a dělení materiálů, v počítačové a komunikační technice, k měření vzdáleností, v analytické technice nebo v medicíně. Jednou z oblastí, kde se velmi dobře etablovaly, je značení. Výhodou laserového značení je to, že je velmi odolné a trvanlivé na nejrůznějších materiálech. S využitím 3D funkce lze značení vytvářet i na složitých tvarech. Velmi ceněnou vlastností laserového značení je jeho velká přesnost, díky níž je možné značit i velmi drobné součásti.

Panasonic nabízí pro značení CO2 i vláknové lasery v různém provedení a s bohatým příslušenstvím.

 

Ohlédnutí do historie

Společnost Panasonic začala s vývojem CO2 a diodových laserů pro značení v roce 1993. První popisovací systém uvedla na trh v roce 1996. Ve stejné době investovala i do vývoje vláknových laserů. Jako vedlejší produkt tohoto vývoje, který probíhal v těsné spolupráci s firmou IPG Photonics, byl v roce 1999 na trh uveden také vláknový popisovací laserový systém, který nastavil nové standardy v oboru a získal mnoho významných ocenění.

Vývoj pokračoval dál a Panasonic začal dodávat zařízení využívající techniku MOFPA (Master Oscillator Fiber Power Amplifier) ke zvýšení špičkového výkonu s regulací šířky pulzu v laserové hlavici, které umožňuje zvýšit rychlost popisování a snížit příkon. Dalším milníkem byl laserový deflektor pro 3D značení složitých tvarů.

 

Základní metody laserového značení

Nejstarší metodou je gravírování, kdy laser odstraňuje povrchovou vrstvu materiálu do nastavené hloubky. Gravírovat lze i velmi tvrdé materiály, kovy nebo keramiku. Značení je trvanlivé a odolné proti opotřebení, s výhodou se proto používá na součásti podléhající abrazi. Používají se vláknové i CO2 lasery.

Někdy je ovšem na závadu, že se při gravírování poruší povrch materiálu. Tam, kde povrch musí zůstat hladký, např. u chirurgických nástrojů, valivých ložisek nebo pístů hydraulických pohonů, se používá povrchové žíhání. Teplo vláknového laseru vyžíhá povrch materiálu, který tak změní barvu – podle materiálu a teploty. Značení je velmi kontrastní a odolné.

Specifické metody se používají ke značení plastů. Patří k nim zpěnování povrchu, kdy se laserem roztaví povrchová vrstva materiálu a v ní vznikne pěna, jež následně vychladne a ztuhne. Bublinky tvoří v tmavém materiálu světlé značení. Postup se využívá pro vybrané plasty; vhodný je vláknový laser. Naopak tmavé značení na světlém povrchu se vytváří karbonizací, kdy CO2 nebo vláknový laser způsobí termochemický rozklad materiálu, při němž se do povrchové vrstvy materiá­lu uvolní tmavý uhlík. Kromě plastů tak lze značit i jiné organické materiály, např. dřevo, kůži nebo papír.

Další metodou je odstranění povrchové vrstvy. Tato metoda se často volí u plastů: plastový díl, např. tlačítko, je z průhledného materiálu opatřeného neprůhlednou vrstvou. Pod plastovým dílem může být umístěno podsvětlení. Laserem se povrchová vrstva odstraní, takže značení je viditelné za denního světla a po zapnutí podsvětlení i v noci. Metoda odstranění povrchové vrstvy je ale vhodná i pro kovové materiály, např. pro eloxovaný hliník. Používají se CO2 i vláknové lasery.

V dalších odstavcích bude uvedeno několik příkladů značení různých dílů v různých odvětvích průmyslu.

 

Značení bloku motorů

V automobilovém průmyslu je třeba bloky motorů označit 2D kódem, který obsahuje sériové číslo, výrobní údaje a další informace o produktu (obr. 1). Je požadováno, aby značení bylo velmi odolné a umožnilo identifikaci produktu pro účely sledování a dokladování postupu výroby. Podkladem je kovová slitina; pro zajištění maximálního kontrastu je třeba materiál speciálním postupem očistit. Používá se popisovací zařízení s vláknovým laserem LP-M500, které má velký výstupní výkon, až 50 W, a umožňuje velkou rychlostí vytvářet hluboce gravírované popisy s velkým kontrastem.

 

Ovládací prvky na palubní desce

Na obr. 2 je typická ukázka značení vytvořeného odstraněním povrchové vrstvy. Je velmi důležité použít přesný laser, který odstraní povrchovou vrstvu, ale nespálí průhledný plast pod ní. Laserové popisovací zařízení LP-Z má automatickou regulaci zaostření vláknového laseru a umožňuje vytvářet popisy na ploše až 330 × 330 mm. K dispozici je také rozhraní pro snímač polohy dovolující vytvářet značení i na objektech za pohybu na výrobní lince.

 

Lasery značí lasery

Při výrobě elektroniky je zapotřebí vytvářet na malých součástkách vyráběných ve velkých sériích dobře čitelné popisy. Laserové značení je v tomto případě bezpečnou a ekonomicky výhodnou metodou. Na obr. 3 je ukázka popisu na laserové diodě. Popis je vytvořen gravírováním do pozlaceného kovu.

Ke gravírování se používá popisovací zařízení LP-V. Zařízení se vyznačuje dobrou kvalitou laserového paprsku, dlouhou životností, výhodnou cenou a nízkým příkonem.

 

Značení břitových destiček

Výměnné břitové destičky obráběcích nástrojů jsou vystaveny velkým silám a nepříznivým vlivům prostředí. Často jsou opatřeny povlaky z velmi tvrdých materiálů, karbidu titanu nebo nitridu titanu, které zvyšují jejich odolnost proti opotřebení a teplotní stabilitu. Ani tyto materiály nejsou překážkou pro vytvoření odolného, dlouhodobě čitelného značení (obr. 4). Použité popisovací zařízení s vláknovým laserem s výstupním výkonem 50 W má označení LP-S. Uživatelům usnadňuje práci vestavěné měření a regulace výkonu laseru, dvojitý pointer, umožňující rychlé nastavení správné vzdálenosti popisovaného předmětu (vzdálenost je v pořádku, když obě značky splynou), nebo výkonný červený laser, který dovoluje nasimulovat popis ve viditelném světle ještě před tím, než bude na popisovaný předmět vypálen.

 

Značení spojek ve zdravotnictví

U produktů určených pro zdravotnickou techniku zaručuje laserové značení 100% sledovatelnost. Platí to i pro aseptické spojky sterilních hadiček (obr. 5). Popisovací zařízení LP-V vytvoří na spojce karbonizací materiálu trvanlivý, dobře čitelný popis, přičemž se při popisování neuvolňují žádná rezidua a povrch zůstane hladký, bez rizika zachycení nečistot a kontaminujících látek.

 

Značení na plastové lahve

Při stáčení nápojů do plastových lahví je třeba na lahve, které se pohybují velkou rychlostí, vytvořit popis s datem stáčení, datem spotřeby, popř. dalšími informacemi o produktu (obr 6). Se značením za pohybu si poradí popisovací zařízení LP-400 s CO2 laserem. Výhodou laserového značení ve srovnání s jinými metodami popisu je to, že značení je bezkontaktní a na lahve nepůsobí žádné mechanické namáhání. Není třeba doplňovat inkoust, není třeba udržovat mechanické části. Lahve mohou při značení jet rychlostí až 240 m/min. Vytvářet značení na průhledných lahvích z PET nebo PC je ovšem pro běžný laser obtížné, proto se používá laser s vlnovou délkou menší, než mají běžné popisovací lasery: 9,3 µm.

 

Značení malířských štětců

Ačkoliv většina školáků používá v hodinách výtvarné výchovy štětce s plastovým držátkem, oblíbené jsou mezi rekreačními i profesionálními výtvarníky opět i rukojeti dřevěné. Příjemně se drží, nekloužou a jsou ohleduplnější k životnímu prostředí.

V nabídce společnosti Panasonic je také zařízení pro značení přírodních organických materiálů. Popis vytvořený zařízením LP-300 na dřevěné rukojeti štětce je vysoce kontrastní a trvanlivý (obr. 7).

Zařízení LP-300 využívající CO2 laser jsou vhodná pro značení umělých pryskyřic, smaltovaných povrchů, skla, papíru, dřeva, kůže nebo pryže. Výhodou pro uživatele je, že není třeba žádný spotřební materiál a téměř žádná údržba.

 

Novinka: cenově výhodné popisovací zařízení LP-RF pro jednoduché úlohy

Základní charakteristiky laserového popisovacího zařízení LP-RF s vláknovým laserem o výstupním výkonu 20 W, které uvedla firma Panasonic na trh v loňském roce, jsou jednoduchost, univerzálnost, bezpečnost a spolehlivost. Popisovač dokáže vytvářet značení na plasty, kov i na některé další materiály. Umožňuje označovat výrobky čárovým kódem, 2D kódem a písmenným značením. Typické příklady použití jsou:

  • plastové výlisky,
  • drobné mechanické díly – ozubená kola, řemenice apod., z plastu i kovu,
  • konektory, baterie mobilních telefonů a jiných přenosných zařízení, moduly vestavných elektronických zařízení,
  • odlitky a výkovky,
  • obráběcí nástroje.

Článek o této novince vyšel v časopise Automa v loňském roce v čísle 2-3 (https://bit.ly/2QFUpjc).

 

Příslušenství a služby

Na výrobek, který chce uživatel popisovat, Panasonic zpracuje zdarma tzv. studii proveditelnosti. V laboratoři na reálných vzorcích aplikační inženýři provedou testy a doporučí vhodný laser s ohledem na požadovaný čas a metodu popisu. Součástí je i doporučená odsávací jednotka. Výběrem a dodáním laserového popisovacího zařízení ovšem služby nekončí. Panasonic pomůže s integrací do zákazníkova work-flow, zaškolí obsluhu i údržbu.

Panasonic nabízí široký sortiment příslušenství pro bezproblémový laserový popis i jeho verifikaci. Za zmínku stojí např. pracovní stanice LC-3000 a LC-1000, které umožňují pohodlné popisování v kusové nebo malosériové výrobě.

 

[Materiály Panasonic: https://laser.panasonic.eu/en/laser-marking-systems/index.htm]

(Foto: Panasonic)

Petr Bartošík

Obr. 1. Značení bloku motoru gravírováním

Obr. 2. Ovládací prvky na palubní desce se značí odstraněním tmavé povrchové vrstvy až na průhledný plast pod ní

Obr. 3. Popis na laserové diodě je vytvořen gravírováním

Obr. 4. Laserové gravírování umožňuje vytvářet popisy i na břitových destičkách s povlaky z karbidu nebo nitridu titanu

Obr. 5. Ke značení plastových spojek aseptických hadiček ve zdravotnictví se používá karbonizace, protože nenarušuje hladký povrch a neuvolňuje žádná rezidua

Obr. 6. Plastové lahve jsou laserem popisovány bezdotykově a za pohybu

 Obr. 7. Laserem vytvořený popis na dřevěné rukojeti štětce je vysoce kontrastní a trvanlivý