Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Přímé značení plastových materiálů laserem má mnoho výhod. Kvalita značení je díky velmi malé stopě laserového paprsku vysoká. Velkého kontrastu je dosahováno za použití speciálních pigmentů, ale také bez nich. Předností je rovněž rychlost značení vektorovými laserovými přístroji např. od firmy Solaris Laser, které mohou být zabudovány ve výrobních linkách. Značení přímo na materiál se používá k identifikaci výrobků (obr. 1), nejčastěji kódem Datamatrix, nebo i k dekoraci a grafickému popisu. Výhodou je, že většinou není zapotřebí žádný přídavný materiál. Proto je značení laserem vhodné i pro výrobky používané ve zdravotnictví, splňuje nerůznější požadavky potravinářských (FDA), zdravotních (UID) a vojenských norem (MIL-STD). Správně provedené značení na plastu nemůže být toxické a nesmí mít negativní vliv na produkt a jeho fyzikální vlastnosti nebo funkčnost.
Laserové přístroje
Ke značení a dekoraci plastů se nejčastěji používají laserové přístroje typu Nd:YAG*) nebo Nd:YVO4**) a polovodičové vláknové lasery pracující na vlnové délce 1 064 nm, tedy blízko infračervenému spektru. Další variantou nastupujících laserů jsou zelené lasery, které emitují paprsek ve viditelném spektru světla a jsou řazeny ke studeným laserům. Tyto lasery opravdu svítí zeleně (obr. 2). Vývoj pokročil a dnes se v průmyslových provozech ke značení a dekoraci používají také UV lasery, jejichž působení je výhradně fotochemické, bez tepelné složky. Zajímavým užitím zeleného laseru je značení na mezivrstvu plastu, kdy laser ve viditelném spektru světla projde přes průsvitnou vrstvu plastu a zastaví se o druhou vrstvu plastu např. černé barvy, kterou označí. Tato metoda je často využívána v automobilovém průmyslu k dekoraci světel, s čímž má velké zkušenosti společnost Solaris Laser.
Působení laseru na plasty
Při značení laserem vzniká u některých typů materiálu často fotochemický efekt bez tepelného poškození materiálu a bez gravírování. Fotochemickou cestou je na materiálu vytvářeno značení, jehož kontrast závisí na schopnosti použitého plastu reagovat na laserové záření. Není-li dosahováno potřebného kontrastu, protože výrobek je z materiálu, jehož polymery neabsorbují laserovou energii, je třeba do základního barviva plastů (masterbatch) přidat pigmenty (obr. 3).
Oproti drahému inkoustovému (inkjet) potisku hovoří pro přímé značení laserem několik aspektů. Zaprvé je to absence spotřebního materiálu, jako jsou inkousty a ředidla. Ředidla jsou totiž při značení často odpařována a kontaminují výrobní prostředí. Druhým, hlavním faktorem ve prospěch použití laseru je nesmazatelnost a odolnost nápisu na rozdíl od inkoustového značení, které je závislé na povrchovém napětí plastu a někdy vyžaduje použití plazmy před aplikací inkoustu, neboť jinak se inkoust z potištěného povrchu snadno setře. Třetí předností je možnost díky dlouhé zaostřovací vzdálenosti optiky laserových zařízení značit skrz průsvitné plochy dovnitř výrobků nebo na velmi těžko přístupná místa (obr. 4).
Při označování laserem mohu na plastovém materiálu vznikat tři základní reakce.
Tmavé značení na světlém podkladu
Absorbováním energie laseru plastem vzrůstá lokální teplota materiálu v okolí absorpce na takovou úroveň, že polymer vlivem tepla degraduje. Za přítomnosti kyslíku v atmosféře může dojít k hoření polymeru. Důsledkem omezeného množství kyslíku uvnitř materiálu substrátu je materiál lehce ožehnut, což způsobí zčernání polymeru nebo tmavé kontrastní značení.
Světlé značení na tmavém podkladu
Při tomto značení materiál napění. Je-li lokální teplota polymeru v okolí absorpce dostatečně vysoká, generuje polymer při hoření nebo odpařování plyn. Tento teplý plyn je obklopen rozteklým polymerem a vytváří v něm bublinky. Při vhodném usměrnění energie laseru dostane napěnění určenou formu, takže odrazem světla v bublinkách je vytvářeno světlé značení na tmavém (neodrazivém) povrchu (obr. 4).
Změna barvy
Působením energie laseru tepelně degraduje jedna barva v probarvené struktuře, a tím se změní výsledná barva. K tomu se používá např. kombinace sazí a stabilizovaného anorganického barviva. Po zahřátí jsou saze odstraněny a zůstane jen anorganické barvivo. Pro tyto kombinované barvy je důležitá specifická barevná stabilita a není možné dosáhnout všech barevných odstínů.
Další informace
Veškerá laserová zařízení určená k dekoraci plastu a automatickému průmyslovému značení lze nalézt na stránkách společnosti Leonardo technology, www.LT.cz, která zastupuje společnost Solaris Laser.
(Leonardo technology)
Obr. 1. Laserem lze provést značení i na špatně přístupných místech a na miniaturních součástech
Obr. 2. Značení zeleným laserem: a) působení laseru, b) výsledné značení
Obr. 3. Přidáním pigmentů se dosáhne kontrastnějšího značení
Obr. 4. Tmavé značení na světlém podkladu
Obr. 5. Světlé značení na tmavém podkladu