Znakowanie przemysłowe

Najprościej rzecz ujmując, znakowanie przemysłowe to proces nanoszenia trwałego lub tymczasowego oznakowania na dany produkt. Jak już wspomniałem, znakowanie to może być prowadzone w najróżniejszych celach, a co za tym idzie, forma i sposób oznaczania produktu lub jego części może występować w wielu postaciach i może być realizowane na wiele sposobów, w zależności od potrzeb producenta i rodzaju wyrobu.

Oczywiście, zdawać sobie należy również sprawę z faktu, że czytelność i trwałość nanoszonych oznaczeń zależy od metody znakowania oraz od tego, czy oznaczenie ma być naniesione tymczasowo, np. tylko w celu realizacji procesu produkcyjno-logistycznego czy trwale – np. do identyfikacji części lub wyrobu nawet po wielu latach od jego wytworzenia. Między innymi dlatego wyróżnia się dwie główne techniki nanoszenia oznaczeń – metodę pośrednią, stosowana częściej do oznaczeń tymczasowych, choć oczywiście nie jest to regułą, i metodę bezpośrednią.

W przypadku pierwszej metody kod lub inne oznaczenie nanosi się na etykietę (stąd jego nazwa, etykietowanie) i dopiero takie oznaczenie mocuje na obiekcie w sposób trwały lub pozwalający na jego usunięcie. Druga metoda, jak sama nazwa wskazuje, polega na bezpośrednim znakowaniu danego wyrobu, części czy też podzespołu. Do zalet etykietowania zalicza się łatwość i szybkość znakowania oraz dobrą czytelność (kontrast) napisów. Zaletą oznaczeń wykonanych metodami bezpośrednimi jest ich znacznie większa trwałość, ale niekiedy mogą cechować się znacznie niższym kontrastem. Ich czytelność zależy bowiem bezpośrednio od właściwości powierzchni (kolor, chropowatość) oraz rodzaju materiału, na którym je naniesiono.

Oczywiście, etykiety wykonuje się z różnego rodzaju materiałów. Najczęściej są to metale (np. w przypadku tabliczek znamionowych), tworzywa sztuczne, tkaniny albo papier. W znakowaniu pośrednim wykorzystuje się również coraz częściej znaczniki RFID. Jeśli chodzi o znakowanie bezpośrednie, nazywane też znakowaniem DPM (Direct Part Marking), to podzielić je można na znakowanie technikami niszczącymi polegającymi na wybijaniu, wycinaniu, wytrawianiu lub odparowaniu znaków, czyli ogólnie rzecz biorąc na grawerowaniu, oraz znakowanie technikami nieniszczącymi. Do tych ostatnich zaliczyć można różnego rodzaju nadrukowanie kodu czy nanoszenie oznaczeń specjalnymi markerami. Co więcej, w przypadku nadruków bez problemu użyć można tuszu, który jest zmywalny lub niezmywalny i w ten sposób nanosić można zarówno oznaczenia tymczasowe jak i trwałe, co nie jest możliwe w przypadku technik niszczących.

Znakowanie tradycyjne

Znakowanie wyrobów przemysłowych pojawiło się już w XVI–XVII w., m.in. przy cechowaniu broni palnej, a na szersza skalę zaczęło być stosowane w XIX wieku. Początkowo były to metody typowo mechaniczne, jak grawerowanie za pomocą metalowych rylców czy udarowe wybijanie numerów i liter za pomocą stalowych znaczników nazywanych puncami lub stemplami. Obie metody stosowane są do dzisiaj, z tym że oprócz ręcznego znakowania stemplami realizowanego za pomocą puncy i młotka wykorzystuje się ręczne i pneumatyczne prasy udarowe oraz prasy obwiedniowe, które pozwalają na znakowanie dużych serii stałym oznaczeniem lub zmieniającym się po każdym uderzeniu numerem seryjnym. Co ważne, prasy udarowe zapewniają dużą szybkość znakowania oraz stuprocentową powtarzalność i dokładność nanoszenia oznaczenia. Siła tłoczenia często przekracza 7 tys. kg, co pozwala nanieść oznaczenie nawet na wyrobach wykonanych z twardych materiałów.

Zarówno prasy ręczne, jak i mechaniczne wykorzystać można z powodzeniem do znakowania wyrobów niemetalowych wykonanych np. z tworzyw sztucznych, skóry, drewna, papieru, gumy, jedwabiu czy tkanin na gorąco, tworząc wytłoczenie z numerem seryjnym czy logo producenta lub też wtłaczając kolorową folię tworzącą wzór oznaczenia. Taką prasę wyposaża się w odpowiednie podgrzewane stemple lub specjalne głowice termotransferowe do nanoszenia wspomnianej folii.

Jeśli chodzi o grawerowanie, to tradycyjne grawerowanie metalowym rylcem zastąpione zostało metodami wykorzystującymi pióra grawerskie. Obecnie pióra grawerskie pozwalają na łatwe i szybkie znakowanie dzięki wykorzystaniu jednej z metod – mikroszlifowania, metody mikroudarowej, o której szerzej w dalszej części artykułu, lub technologii elektrycznego wyiskrzania za pomocą specjalnego pióra. Pierwsze dwie metody pozwalają na fizyczne wygrawerowanie oznaczenia praktycznie na każdej twardej powierzchni, w tym na powierzchni szkła, natomiast pióro elektroiskrowe nadaje się jedynie do nanoszenia oznaczeń na wyrobach przewodzących prąd elektryczny.

Jak można się domyślić, metoda mikroszlifowania polega na zastosowaniu niewielkiej, przypominającej swoją wielkością nieco większy długopis, napędzanej elektrycznie lub pneumatycznie szlifierki z precyzyjnymi końcówkami pozwalającym ręcznie „wyryć” oznaczenie w wystarczająco twardym materiale. W przypadku elektroiskrowego pióra, kontakt elektrody o średnicy około 0,5–1,5 mm z metalem powoduje iskrzenie, które wypala znak na powierzchni metalu. Co ważne, oznakowanie jest tu tylko powierzchowne, a jednocześnie cechuje się bardzo dużą czytelnością i wysoką trwałością. Ta metoda nadaje się do twardych materiałów, w tym węglików spiekanych, jak i do delikatnych kruchych powierzchni, które są narażone na odkształcenia, a tym samym uniemożliwiają stosowanie metody udarowej.

Szablony i pieczęcie

Również starą, bardzo prostą, tradycyjną metodą znakowania wykorzystywaną do dzisiaj jest znakowanie za pomocą farby i szablonów. Można użyć tu zwykłego pędzla, wałka malarskiego lub farby w sprayu. Szablony ze znakami nadają się do znakowania drewnianych czy kartonowych opakowań, a także wielkogabarytowych wyrobów gotowych dowolnego typu. Umożliwiają one szybkie wykonanie wszystkich typów opisów lub etykiet. Szablony wykonywane są najczęściej z metalowej blachy lub tworzywa sztucznego, a same oznaczenia mogą mieć od kilku milimetrów do nawet kilkudziesięciu centymetrów.

Zbliżoną metodą tradycyjnego znakowania jest znakowanie za pomocą polimerowych lub gumowych stempli. Sam proces przypomina przystawianie pieczątki do firmowego dokumentu, z tym, że użyty tusz i materiał, w którym przygotowano rewers nanoszonego oznaczenia dopasowano do powierzchni i materiału oznaczanego przedmiotu, aby wykonane oznaczenie było wyraźne i trwałe. Niekiedy stosuje się matryce zawierające etykietę i gąbki nanoszące tusz. Metodę tę nazywa się tampodrukiem – dokładnie tak samo jak ma to miejsce w przypadku sitodruku wykorzystywanego np. przy produkcji wzorów na odzieży.

Zaletą obu metod są bardzo niskie koszty, duża dokładność nawet przy drobnych elementach i szybkość nanoszenia oznaczeń. Wadą jest, że oznaczenia mogą być nanoszone tylko na niektórych rodzajach materiałów – zazwyczaj jest to drewno, tektura, szkło, ceramika lub plastik (ABS, poliamid, polietylen, polipropylen, lakierowane podłoża), rzadziej specjalnie przygotowana metalowa powierzchnia – oraz trudność w nanoszeniu kolejnych numerów seryjnych. Metody te doskonale nadają się do znakowania dużych serii wyrobów lub ich opakowań stałym oznaczeniem. Niska cena sprawia, że ten rodzaj znakowania jest bardzo popularny. Technika tampodruku wymaga specjalnych farb, lakierów, rozcieńczalników, utwardzaczy, zmywaczy, taśmy do czyszczenia tamponów oraz olei zabezpieczających tampony, które podnoszą ich żywotność. Technika ta wymaga również aktywowania powierzchni niektórych tworzyw sztucznych.

Podobną tradycyjną metodą jest termodruk. W technice tej wypukła matryca, w wysokiej temperaturze, dociska do znakowanego przedmiotu specjalną folię. Nadruk jest bardzo trwały, ponieważ folia składa się z warstw kleju, aluminium i lakieru. Co więcej, pozwala uzyskać metaliczne, błyszczące nadruki, imitujące złoto lub srebro, efekty holograficzne oraz szeroką gamę nadruków barwnych.

Metody elektrochemiczne

Kolejną tradycyjną, stosowaną od XIX wieku metodą jest znakowanie elektrochemiczne. Jest to niskokosztowa technologia przemysłowego znakowania, która pozwala jednocześnie uzyskać wysoką jakość i trwałość znakowania. Metody elektrochemiczne stosuje się w przypadku, gdy nie można znakować udarowo, tak jak np. w przypadku znakowanie pił taśmowych lub w przypadku zwiększonego zapotrzebowania na wysoką jakość graficzną oznaczenia. Jakość znaków wytrawianych przez znakowarki elektrochemiczne można poprawić przygotowując i oczyszczając wcześniej powierzchnię, np. polerując ją.

W znakowarkach elektrochemicznych symbole na powierzchni detalu są wytrawiane. Samo znakowanie realizowane jest za pomocą reakcji elektrochemicznej w środowisku roztworu elektrolitu powodującej, pod wpływem prądu elektrycznego, powierzchniową korozję metalu. Materiały, w których można wytrawiać oznaczenia, to przede wszystkim stal, mosiądz, brąz, miedź, chrom, nikiel, kadm, cynk oraz aluminium.

Oczywiście, ważny jest tu dobór elektrolitu i czasu trawienia. Jeżeli ten pierwszy będzie niewłaściwy lub trawienie potrwa za krótko to zbyt mały kontrast sprawi, że oznaczenie będzie nieczytelne. Tekst, kod kreskowy czy logotyp oraz oznaczenie produktu są reprodukowane przy wykorzystaniu arkusza folii kopiującej wykonanej np. za pomocą drukarki do etykiet.

Metoda cechuje się, oprócz wspomnianych niskich kosztów, sporą szybkością oznaczania, jego dużą trwałością i jakością obrazu, która zbliżona jest do znakowania laserowego. Co więcej, metoda ta nie deformuje ani nie osłabia struktury produktu. Dobierając odpowiedni elektrolit i czas trawienia, można nanosić oznaczenia o niewielkiej głębokości wynoszącej od kilku do kilkuset mikrometrów. Istotne jest też to, że metodą elektrochemiczną można również znakować bardzo twarde metale. Po zakończeniu procesu znakowania, użyty elektrolit musi być dokładnie usunięty tak, aby nie rozwinęła się korozja.

Podstawowym ograniczeniem tej metody jest możliwość jej używania tylko do znakowania materiałów przewodzących prąd elektryczny. Nie można jej stosować w przypadku metali pomalowanych farbą czy lakierami, anodowanego aluminium albo powłok fosforanowych. Czytelne znaki można uzyskać tylko trawiąc odpowiednio głęboko symbole przed nałożeniem powłoki nieprzewodzącej.

Znakowanie mikroudarowe

Przejdźmy teraz do współczesnych technologii znakowania. Jedną z najbardziej popularnych i najnowocześniejszych metod znakowania dużych serii wyrobów jest znakowanie mikroudarowe. Ta metoda, nazywana też z języka angielskiego znakowaniem dot peen, może być realizowana zarówno bezpośrednio na linii produkcyjnej lub na specjalnym, wydzielonym stanowisku, jak i ręcznie za pomocą wspomnianego wcześniej, przenośnego pióra grawerskiego.

W metodzie mikroudarowej produkt jest znakowany za pomocą igły z diamentową lub karbidową końcówką. Igła, a konkretnie matryca złożona z kliku lub kilkunastu igieł, identycznie jak ma to miejsce w drukarce igłowej, uderzając w detal wybija na powierzchni znakowanego elementu rozmieszczone gęsto obok siebie mikrootworki. Łącząc się ze sobą, tworzą one linie symboli, czy graficzny obraz. Napisy, QR kod czy graficzne logo firmy są widoczne dzięki różnicy w sposobie odbijania światła przez otworki i gładkie tło będące powierzchnią znaczonego detalu.

Do podstawowych zalet techniki mikroudarowej zalicza się m.in. niskie koszty, dużą szybkość i wydajność znakowania. Podobnie jak w drukarce igłowej, ruch igieł w głowicy znakującej można dowolnie programować, co pozwala na dowolne, spersonalizowane znakowanie każdego wyrobu czy części z osobna, a także łatwą automatyzację. Montując znakowarkę mikroudarową wprost na linii produkcyjnej bez problemu można, bez udziału człowieka, oznaczyć każdy wyprodukowany detal. Co więcej, regulując głębokość znaków zmienia się ich widoczność i trwałość, dzięki czemu znakowarki mikroudarowe można stosować do nanoszenia trwałych lub łatwousuwalnych, w jednym z kolejnych procesów technologicznych oznaczeń. Bez problemu można też znakować części pokryte olejem, powłoką ochronną czy chropowate lub nierówne powierzchnie.

Ponieważ igły w głowicy mogą wykonywać otworki pojedynczo, to nie wywierają one zbyt dużego nacisku na znakowaną powierzchnią. Dzięki temu, znakowarki mikroudarowe nadają się do oznaczania różnorodnych pod względem właściwości materiałów – począwszy od tworzyw sztucznych, przez szkło i ceramikę (np. obudowy niektórych układów scalonych) po metale o różnej twardości, maksymalnie do 63 HRC. Wykorzystuje się je także do znakowania części o delikatnej strukturze czy istotnych dla bezpieczeństwa komponentów konstrukcyjnych silników lub podzespołów stosowanych w lotnictwie i kosmonautyce.

Oczywiście metoda ma też swoje wady. Grawerowany wzór może stawać się nieczytelny z powodu zużycia się igieł, ich źle dobranej twardości, nieprawidłowej, zbyt małej lub zbyt dużej w stosunku do znakowanego materiału siły, a także zmian odległości między znakowanym materiałem a narzędziem znakującym. Trudności z odczytaniem kodu mogą też wystąpić, gdy wgłębienia znacząco różnią się wielkością. Problemy z czytelnością mogą być spowodowane dużymi wahaniami siły uderzającej, a także niewłaściwym zamocowaniem znakowanego przedmiotu.

Z tego powodu producenci znakowarek mikroudarowych stosują odpowiednie systemy i oprogramowanie do automatycznej kompensacji wysokości i siły uderzenia, dzięki czemu, niezależnie od warunków montażu, odległości, zużycia igieł i nierówności powierzchni, możliwe jest uzyskanie stałej jakości i głębokości znakowania.

W dostępnych na rynku znakowarkach mikroudarowych stosuje się dwa rodzaje napędu igieł – elektromagnetyczny i pneumatyczny. Te drugie są dużo, dużo tańsze, mają znacznie prostszą konstrukcję, ale też stosunkowo głośno pracują, mają mniejszą dokładność grawerowania wzorów i wymagają doprowadzenia instalacji sprężonego powietrza.

Z kolei znakowarki elektromagnetyczne, mimo tego, że są droższe, generują mniejszy hałas, dokładniej odwzorowują zadaną głębokość wzoru, a także łatwo je przenieść i zainstalować w innym miejscu. Co więcej, znakowarki mikroudarowe napędzane elektromagnetycznie mają też większy skok grota, co przekłada się na większy zakres odległości od znakowanej powierzchni (od 2 mm do 10 mm), co z kolei przekłada się na możliwość znakowania walców o małych średnicach.

Znakowanie laserowe

Znakowanie laserowe jest obecnie jedną z najpopularniejszych metod znakowania przemysłowego. Znakowanie to polega na nanoszeniu na powierzchnię przedmiotów dowolnych oznaczeń za pomocą wiązki promieniowania laserowego. Promieniowanie to powoduje usunięcie cienkiej warstwy materiału, bądź zmiany termofizyczne lub termochemiczne wywołujące zmianę zabarwienia powierzchni w miejscu padania wiązki światła. Powierzchnia materiału często jest specjalnie pokrywana warstwą farby lub tlenku w celu zwiększenia kontrastowości oznakowania.

Do znakowania przedmiotów, w zależności od materiału korzysta się z laserów generujących spójne światło podczerwone (1064 nm), zielone (532 nm) lub ultrafioletowe (355 nm). W przemyśle stosowane są obecnie dwa podstawowe typy laserów – lasery Nd:YAG i lasery CO2. Zastosowanie konkretnego typu lasera jest uzależnione od rodzaju znakowanego materiału. Prędkość znakowania bez problemu dochodzi do kilku-kilkunastu metrów na sekundę a sama metoda jest wyjątkowo elastyczna, gdyż są to systemy w pełni programowalne w czasie rzeczywistym.

Za pomocą znakowarek laserowych wykonuje się trwałe, trudne do sfałszowania, bardzo precyzyjne oznaczenia dobrej jakości. Do ich zalet zaliczyć można – oprócz wysokiej wydajności, trwałości (odporność na ścieranie, ciepło, chemikalia, światło UV), powtarzalności, precyzji i jakości – łatwość znakowania powierzchni o nieregularnych kształtach, trudnodostępnych elementów czy części znajdujących się w gotowym wyrobie, co wynika z faktu, że jest to bezkontaktowa metoda znakowania.

Ponadto zachowana jest tu czystość obróbki, a sama metoda może być łatwo zautomatyzowana. Co więcej, znakowarkami laserowymi można również nanosić oznaczenia na poruszających się obiektach. Ważna jest tu także długa żywotność laserów, liczona w dziesiątkach tysięcy roboczogodzin oraz bardzo niskie koszty eksploatacji, konserwacji. Główną wadą znakowarek laserowych jest ich duży koszt zakupu oraz brak możliwości znakowania wielokolorowego. Należy pamiętać o zachowaniu odpowiednich środków ostrożności, które wymagane są dla urządzeń laserowych dużej mocy.

Laserami CO2 znakuje się przede wszystkim papier, szkło, drewno, skórę lub inne materiały organiczne. Natomiast lasery Nd:YAG wykorzystuje się do znakowania metali, ceramiki, wyrobów emaliowanych, odblaskowych i tworzyw sztucznych. Znakowarki laserowe znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym, elektronicznym, chemicznym, przy wytwarzaniu aparatury i środków medycznych, implantów oraz przy produkcji opakowań i etykiet.

Zjawiska zachodzące podczas znakowania laserowego

Znakowanie laserowe jest terminem dość ogólnym. Warto zatem przyjrzeć się bliżej, co kryje się pod tym pojęciem. Trzema podstawowymi zjawiskami wykorzystywanymi przy znakowaniu laserowym są spienianie, ablacja (odparowywanie) oraz zmiana koloru i wybielanie. Jak wiadomo, padanie wiązki spójnego, skoncentrowanego światła o dużej energii na powierzchnię materiału powoduje jego gwałtowne, miejscowe nagrzewanie. Materiał, w zależności od dostarczanej energii, może się wówczas stopić lub odparować, Podczas topienia niektórych tworzyw sztucznych wytwarzają się pęcherzyki gazu, które pozostają w materiale podczas jego schładzania. W ten sposób nanosi się jaśniejsze od koloru tła i jednocześnie wypukłe oznakowania.

Podczas odparowywania ściągamy zazwyczaj wierzchnią powłokę lub warstwę materiału, a samo światło laserowe nie narusza właściwej, wewnętrznej struktury materiału, wchodząc jedynie w reakcję z warstwą zewnętrzną. Takie znakowanie wymaga jednak dużego kontrastu między warstwą zewnętrzną a materiałem podkładowym, dobrej absorpcji dla danej długości fal lasera oraz dużej jednorodności grubości warstwy tworzywa sztucznego.

W przypadku materiałów jednorodnych, najczęściej metali, znakowanie przez odparowywanie materiału skoncentrowaną wiązką laserową nazywane jest laserowym grawerowaniem. Głębokość grawerowania zależy od materiału, mocy lasera i czasu oddziaływania wiązki laserowej. Często, zwłaszcza w przypadku metali, ceramiki czy kompozytów wykorzystuje się dodatkowo zjawisko utleniania powstałego przez odparowanie wgłębienia. Materiał wchodząc w reakcję z tlenem atmosfery zmienia swój kolor (przebarwia się) tworząc kontrastowy wzór nanoszonego oznaczenia. Co ciekawe, niektóre metale, na przykład tytan, znakuje się lokalnie podgrzewając je powyżej temperatury topnienia, a nie odparowując je.

Jeśli chodzi o materiały syntetyczne i tworzywa sztuczne to wykorzystuje się tutaj zjawisko zmiany koloru i wybielania, a niekiedy zwęglania znakowanego materiału. W ten sposób można laserem miejscowo wybielać lub odbarwiać znakowany materiał niszcząc lub zmieniając właściwości fizykochemiczne zawartych w nim dodatków, na przykład wypełniacza czy pigmentu. Wiązka lasera penetrując na pewna głębokość tworzywo sztuczne jest pochłaniana przez pigment. Pigmenty są w tym procesie modyfikowane chemicznie, co sprawia zmianę ich koloru i powstanie oznaczenia.

Ponieważ wiązka lasera wnika tu w głąb tworzywa, jego powierzchnia pozostaje niezmieniona, co może być istotne dla dalszych operacji technologicznych. Zmiana koloru jest uzyskiwana zarówno w pigmencie, jak i w materiale. Ciemne oznaczenia na jasnym materiale wykonuje się metodą karbonizacji zielonym lub ultrafioletowym światłem o długości fali 532 nm oraz 355 nm. Ponieważ energia termiczna jest doprowadzana w ograniczonym stopniu i tylko miejscowo, w efekcie powstaje wyraźne, czytelne oznaczenie o dużym kontraście.

Obecnie coraz częściej do znakowania wykorzystuje się lasery UV, które w przypadku sporej grupy tworzyw sztucznych pozwalają uzyskać efekt znakowania o wyraźnie lepszym kontraście. Co więcej, przyspieszają one sam proces znakowania. Energia krótkofalowego światła UV wywołuje reakcję fotochemiczną, która umożliwia obróbkę materiału na zimno. Metoda ta pozwala zatem na znakowanie zabezpieczanych przed ogniem tworzyw sztucznych, stosowanych na przykład w przemyśle elektronicznym.

Dodatki do znakowania laserem

W przypadku polimerów należy pamiętać, że nie wszystkie tworzywa sztuczne dają się łatwo znakować metodą laserową. Dlatego w celu poprawienia ich podatności na znakowanie laserowe, stosuje się specjalne dodatki do tworzyw transparentnych i nieprzeźroczystych. Dodatki do znakowania laserowego zapewniają lepsze zdyspergowanie, wyostrzają oznaczenie oraz zapobiegają miejscowemu uszkodzeniu tworzywa.

Dodatki stosowane w przypadku poliwęglanów wspomagają kontrast i ostrość brzegów oznaczenia a także samą szybkość znakowania. Z kolei w polimerach styrenowych bez użycia odpowiednich dodatków mogą wystąpić defekty nazywane efektem kropek, które sprawiają, że oznaczenie staje się nieczytelne. Co ciekawe, poliolefiny i termoplastyczne elastomery nie mogą być w ogóle znakowane laserem Nd:YAG bez użycia odpowiednich dodatków, ponieważ materiał ulega wówczas uszkodzeniu.

Należy też pamiętać, że zwykłe tworzywo, które jest zabarwione na czarno, nie może być również znakowane za pomocą lasera bez użycia odpowiednich dodatków, gdyż w przeciwnym razie znakowanie spowoduje stopienie i zniszczenie materiału.

Dwie metody znakowania laserowego

W praktyce przemysłowej wykorzystuje się dwie metody znakowania laserowego. Pierwsza z nich to metoda mask marking, druga vector marking. W pierwszej na obiekt pada wiązka światła laserowego, która przeszła przez szablon z wzorem do wypalenia. W znakowarkach laserowych wykorzystujących tę metodę stosuje się zazwyczaj lasery impulsowe. W drugiej steruje się wiązką światła laserowego, tak aby padało ono w ściśle określone miejsca. Światło jest tu nakierowywane przez system luster o zmiennym nachyleniu. Jak można się domyślić, w znakowarkach laserowych typu vector marking korzysta się z laserów o działaniu ciągłym.

Technika mask marking jest szybsza, tańsza i dobrze sprawdza się w produkcji wielkoseryjnej tam gdzie niezbyt często zmienia się nanoszone oznaczenia – ich zmiana wymaga wykonania nowego szablonu. W przypadku znakowarek wektorowych wzór modyfikować można dosłownie „w locie” modyfikując w czasie rzeczywistym dane przekazywane do programu sterującego urządzeniem znakującym.

Drukowanie atramentowe

Ostatnia z nowoczesnych, bezkontaktowych, szeroko stosowanych w przemyśle metod znakowania to nanoszenie oznaczeń za pomocą technologii druku atramentowego. Samo działanie drukarek jest identyczne, jak w przypadku biurowych drukarek atramentowych, a technologia bazuje na atramencie wystrzeliwanym przez zespół dysz z głowicy drukującej. Tusz natryskiwany jest na znakowany produkt, co pozwala na tworzenie znaków, grafiki czy kodów kreskowych i QR kodów o bardzo wysokiej jakości przy zachowaniu jednocześnie dużej prędkości nanoszenia oznaczeń.

Atrament, podobnie jak w drukarkach biurowych, może być wystrzeliwany przy wykorzystaniu zarówno technologii termicznej, jak i piezoelektrycznej – zależy to od budowy użytej w drukarce głowicy z dyszami. Co więcej, zastosowanie kolorowych atramentów CMYK pozwala tworzyć oznaczenia barwne o jakości fotograficznej lub nawet nadrukowywać zdjęcia.

W praktyce przemysłowej rzadko jednak korzysta się z drukarek przypominających w swoim działaniu i budowie drukarki biurowe. Zazwyczaj używa się tu znacznie prostszych drukarek atramentowych o działaniu ciągłym (CIJ – Continuous Ink Jet), wykorzystujących co najwyżej kilkanaście lub kilkadziesiąt, umieszczonych liniowo dysz, a nie skomplikowanej głowicy, w której znajduje się matryca złożona z setek miniaturowych, bardzo precyzyjnych dysz.

W przypadku drukarek CIJ strumień kropli jest wyrzucany z dysz z bardzo dużą prędkością. Aby uprościć konstrukcję drukarki, pozbywając się mechanizmu pozycjonowania głowicy, odchylany jest on w polu elektrycznym tak, aby formować na powierzchni zadrukowywanego materiał żądany wzór. Oczywiście atrament w swoim składzie musi zawierać cząsteczki, które oddziaływują z polem elektrycznym. Dzięki temu uzyskuje się bardzo dużą szybkość druku.

Technologia CIJ doskonale sprawdza się przy znakowaniu płaskich i zakrzywionych powierzchni o dowolnej fakturze powierzchni. Dzięki możliwości zastosowania wielu różnych atramentów o różnych właściwościach fizykochemicznych, można drukować praktycznie na dowolnym materiale. Na rynku dostępne są tusze szybkoschnące typu pigmentowego, atramenty odporne na wilgoć, tusze do elastycznej folii, do tworzyw sztucznych, termochromowe do obróbki cieplnej, dopuszczone do kontaktu z żywnością, a także wyskokontrastowe tusze do metali czy szkła.

Metoda CIJ najlepiej sprawdza się przy nanoszeniu wzorów o małych wymiarach, ponieważ im większe znaki, tym drukowanie jest wolniejsze. Do wad technologii zalicza się to, że do utrzymania wymaganych właściwości tuszu, należy stosować specjalne rozpuszczalniki, które ze względu na odparowywanie należy uzupełniać, co zwiększa koszty. Co więcej, podczas znakowania tusz może się rozmazywać, a nadrukowane napisy są relatywnie słabo odporne na ścieranie, dlatego często nadruk zabezpiecza się warstwą lakieru utwardzanego promieniami UV lub lakieru dostosowanego do utwardzania technologią UV-LED.

W technologii UV-LED lakier dostosowany jest do utwardzania światłem ultrafioletowym generowanym przez diody LED, co ułatwia automatyzację procesu. W wyniku działania światła o długości fali 365 nm następuje polimeryzacja naniesionej warstwy lakieru. Cechą charakterystyczną tej technologii jest jednorodne pasmo UV zapewniające całkowite utwardzenie powierzchni. Natomiast tradycyjne lampy UV charakteryzują się szerokim spektrum promieniowania ultrafioletowego, co może prowadzić do uszkodzenia wyrobu. Technologia UV-LED może być wykorzystywana do osłony druku na materiałach termowrażliwych i wymagających nośnikach, takich jak cienkie i elastyczne folie do oklejania, tworzywa, pianka poliuretanowa, szkło, papier czy skóra. Wynika to z faktu, że diody UV-LED praktycznie nie wydzielają ciepła, tymczasem tradycyjne lampy UV mogą uszkodzić lub stopić zadrukowany nośnik.

Wybór metody znakowania

Wybierając metodę znakowania należy odpowiedzieć sobie na kilka pytań. Po pierwsze trzeba się zastanowić, czy chcemy znakować trwale materiał, czy wystarczą nam naklejane na wyrób etykiety z kodem kreskowym lub QR kodem. Po drugie, z jakimi materiałami i podłożami będziemy mieli do czynienia i jak elastyczna ma być metoda znakowania oraz to, czy dana znakowarka będzie w ogóle w stanie nanieść oznaczenie i nie uszkodzi przy tym, albo nie osłabi struktury znakowanego wyrobu – ma to szczególne znaczenie w przemyśle lotniczym, medycznym i elektronicznym.

Najbardziej uniwersalne są znakowarki laserowe i drukarki atramentowe. Z kolei znakowarki mikropunktowe nadają się przede wszystkim do metali i materiałów twardych. Najwęższy zakres zastosowań mają znakowarki trawiące oraz tradycyjne znakowarki korzystające ze znaczników i różnego rodzaju metody mechanicznego i elektroiskrowego grawerowania. 

źródło: Automatyka 6/2019