Znakowanie laserowe

Seria AREX stanowi kompletną rodzinę światłowodowych znakowarek laserowych o mocy 10 W, 20 W, 30 W i 50 W, a teraz także lasera ze źródłem MOPA o mocy 20 W. Lasery AREX są przeznaczone przede wszystkim dla branży motoryzacyjnej i elektronicznej do bezpośredniego znakowania części z tworzyw sztucznych i metali.

Unikalna konstrukcja i konfiguracja sprawiają, że seria AREX znacznie upraszcza i przyśpiesza integrację systemów i projektowanie maszyn. Dzięki kompaktowej głowicy skanującej (wymiary: 112 mm × 298 mm × 90 mm) możliwa jest oszczędność miejsca oraz kosztów instalacji i konfiguracji z automatycznymi liniami produkcyjnymi. Z kolei Wbudowany Sterownik Znakowania (EMC) wyposażony w oprogramowanie sterujące Lighter bardzo ułatwia instalację, konfigurację oraz codzienną obsługę.

Gama znakowarek AREX, obejmująca modele o mocy 10–50 W z kilkoma możliwymi obiektywami głowicy skanującej, została wzbogacona o nowy, wydajny model. W urządzeniu AREX 20 MW zastosowano innowacyjne źródło lasera bazujące na autorskiej technologii Multiwave. Źródło wykorzystujące światłowód zostało stworzone przez firmę Datalogic, szczególnie do znakowania na tworzywach. Celem była poprawa parametrów pracy dzięki możliwości regulacji szerokości impulsu emitowanej wiązki oraz precyzyjnemu sterowaniu mocy i energii. AREX 20 MW zapewnia wyjątkowo dobre parametry znakowania, doskonałą stabilność procesu oraz dużą elastyczność na wielu materiałach, m.in. polimerach termoplastycznych stosowanych w przemyśle samochodowym i żywicy.

Cechy i zastosowania serii AREX

Do najważniejszych cech znakowarek serii AREX należą: ultrakompaktowa, łatwa w integracji głowica skanująca ze stopniem ochrony IP54, kompletna konstrukcja (wbudowany zasilacz i sterownik), wbudowany sterownik czterech silników krokowych (X, Y, Z, R), proste do opanowania tworzenie projektów dzięki oprogramowaniu Lighter, w pełni graficzny edytor projektów z wbudowanym mechanizmem skryptowym o dużej wydajności, wysoka wydajność, niskie zużycie energii oraz wiązka celująca i wiązka ogniskująca dla szybkiego pozycjonowania i ustawiania ostrości.

Znakowarki AREX 20 MW ze źródłem MOPA cechuje dodatkowo możliwość wyboru czasu trwania impulsu (w standardowym AREX jest ona stała – 100 ns), wysoka stabilność impulsu, bardzo precyzyjne sterowanie mocą (1–100%), szerszy zakres repetycji źródła – do 500 kHz (w standardowym AREX – do 100 kHz), wysoka moc szczytowa (12 kW) i szybkie uruchamianie.

Model AREX 20 MW jest szczególnie polecany w takich aplikacjach, jak znakowanie laserowe na polimerach termoplastycznych z precyzyjnie sterowaną zmianą kolorów; fakturowanie o wysokiej rozdzielczości (efektem jest doskonały wygląd wizualny dzięki małemu śladowi cieplnemu impulsu); znakowanie kolorowe na stali nierdzewnej i tytanie; wyżarzanie na czarno (zapewnia tworzenie się czarnego tlenku bez naruszania powierzchni metalu); ablacja powłok malowanych/usuwanie farby (mała szerokość impulsu, duża prędkość powtarzania i wysoka moc szczytowa stanowią ekonomiczne rozwiązanie do znakowania podświetlanych przycisków „night&day” używanych w pojazdach, nie powodując uszkodzenia warstwy spodniej).

AREX 20 MW – nowe funkcje

Wybieralna szerokość impulsu

Możliwość wyboru czasu trwania impulsu wiązki wyjściowej sprawia, że znakowarka AREX 20 MW doskonale sprawdza się w zastosowaniach, w których wymagana jest precyzyjna kontrola wpływu impulsu na materiał. Istnieje możliwość wyboru spośród ośmiu profili impulsów w ramach pełnego zakresu częstotliwości: 4 ns, 8 ns, 12 ns, 30 ns, 50 ns, 100 ns, 200 ns oraz 250 ns. Możliwość regulacji czasu trwania impulsu pozwala na stosowanie urządzeń do wielu zadań, w których wymagana jest stabilność i powtarzalność. W porównaniu ze standardowymi urządzeniami tego typu, w których stały czas trwania impulsu wynosi 100 ns, znakowarka AREX 20 MW umożliwia operatorowi wybór profilu mocy szczytowej odpowiednio do danego materiału lub zastosowania. Jednym z przykładów zastosowań może być odbarwianie anodyzowanego na czarno aluminium.

„Wyżarzanie czarne” na zwykłym aluminium anodyzowanym (w kolorze innym niż czarny) należy do najtrudniejszych zadań, które można wykonać, używając funkcji ekstra­krótkiego impulsu o długości 4 ns. Technika ta jest powszechnie stosowana przez producentów urządzeń precyzyjnych, takich jak telefony komórkowe i tablety, do umieszczania znaków firmowych i numerów seryjnych na anodyzowanej obudowie. Badanie mikroskopowe potwierdziło, że znakowarka laserowa AREX 20 MW tworzy gładkie, czarne znakowanie, które – w przeciwieństwie do konwencjonalnej ablacji warstwy anodu – nie narusza ochronnej warstwy tlenku glinu. Inny przykład to znakowanie kolorowe na stali nierdzewnej. Impulsy o krótkim czasie trwania są idealne do „znakowania kolorowego”. Proces ten polega na stworzeniu cienkich warstw tlenkowych o różnej grubości, które – reagując na białe światło – prowadzą do powstania szerokiej palety barw. Znakowanie kolorowe, które można wykonać na materiałach ze stali nierdzewnej i tytanu, umożliwia tworzenie grafik o szczególnych właściwościach estetycznych.

Kolejnym przykładem jest kontrastowe znakowanie tworzyw sztucznych. Znakowanie o wysokim kontraście na materiałach plastikowych wymaga mocy średniej bądź niskiej, połączonej z niezwykle precyzyjną kontrolą wpływu cieplnego impulsu, by uniknąć niepożądanego topienia lub zapłonu spowodowanego procesami termicznymi. Krótkie impulsy i precyzyjna kontrola lasera zapewniają powtarzalność, stabilność oraz doskonały kontrast w przypadku powierzchni gładkich wykonanych z rozmaitych materiałów (PC, ABS, PA66-GF, PA6-GF, PBT-GF itp.).

Następny przykład zastosowania to znakowanie metali. Impulsy o średnim czasie trwania wykorzystywane są do tworzenia znakowań o wysokim kontraście na powszechnie stosowanych materiałach, w tym stali nierdzewnej, żelazie, aluminium, chromie i niklu. Efekt dużego kontrastu na materiałach ze stali nierdzewnej i lanego aluminium jest taki sam, jak w przypadku konwencjonalnych laserów światłowodowych z modulacją dobroci (typu Q-switch), w których czas trwania impulsu jest rzędu 100 ns. Impulsy o długim okresie trwania można też wykorzystać do wyżarzania na elementach stalowych, uzyskując czarne, gładkie wykończenie powierzchniowe przy minimalnym wpływie na materiał detalu. Typowe obszary zastosowań to przyrządy chirurgiczne, łożyska kulkowe i narzędzia z twardych metali używane do obróbki materiałów.

Rozszerzony zakres częstotliwości impulsów

AREX 20 MW pracuje z prędkością powtarzania impulsów do 500 kHz, zapewniając krótki czas włączania/wyłączania oraz stabilność impulsu. Możliwość zapewnienia dużej liczby impulsów w danej jednostce czasu jest kluczowa w obróbce laserowej elementów wymagających nałożenia wielu impulsów.

Przykładem zastosowania może być znakowanie przycisków „night&day” w branży automotive. Efektywna ablacja farby lub powłok malowanych wymaga generowania dużej liczby punktów wiązki laserowej na małym obszarze, nie dopuszczając tym samym do pozostawania resztek materiału na elemencie obrabianym. Duża prędkość powtarzania zwiększa stopień upakowania impulsów, co przekłada się na szybszą realizację procesu oraz doskonałą ostrość znakowania. Dzięki połączeniu dużej prędkości powtarzania i impulsów o krótkim czasie trwania urządzenie AREX 20 MW zapewnia ablację warstw malowanych w zastosowaniach do przycisków „night&day” (takich jak podświetlane elementy deski rozdzielczej), nie wywierając jednocześnie nadmiernego wpływu na biały materiał pod spodem.

Bardzo precyzyjna kontrola mocy

Standardowe znakowarki laserowe w technologii światłowodowej z modulacją impulsu (Q-switch) oferują kontrolę mocy w zakresie 10–100%. Najmniejsza możliwa do uzyskania wartość wynosi około 2 W ze względu na szczątkową moc optyczną pozostającą w oscylatorze. W niektórych warunkach, np. w przypadku materiałów o wysokiej wrażliwości na ciepło, moc ta jest zbyt wysoka, by uzyskać zmianę koloru, ponieważ dochodzi do jej rozproszenia w materiale. Znakowarka AREX 20 umożliwia uzyskanie i utrzymanie mocy na poziomie około 0,2 W w stanie zerowego upływu (tj. bez emisji lasera między impulsami), jak również przy zachowaniu wyjątkowej stabilności.

Branże i zastosowania docelowe AREX 20 MW

Model AREX 20 MW znajduje zastosowanie m.in. w branży mobilnych urządzeń elektronicznych – w znakowaniu na czarno na anodyzowanym aluminium, które przekłada się na dwie znaczące korzyści dla producentów użytkowych urządzeń elektronicznych: po pierwsze jest nieusuwalne i niezwykle trudne do podrobienia, a po drugie ma szczególny wygląd i właściwości dotykowe, co pomaga producentowi w utrzymaniu wizerunku marki o doskonałej jakości i stylu. Przed wprowadzeniem technologii światłowodowej MOPA do urządzeń takich jak AREX 20 MW jedyne dostępne na rynku rozwiązanie bazowało na zaawansowanym sprzęcie laserowym, osiągającym pikosekundową szerokość impulsu. Skupienie wiązki odbywało się pod powierzchnią tlenku glinu, co powodowało wytworzenie struktury mikroskopowej o wyraźnie czarnej barwie, zaś warstwa anodowana pozostawała nienaruszona. Urządzenie AREX 20 MW tworzy na powierzchni anodyzowanego aluminium gładkie, czarne znakowanie, nie powodując naruszenia warstwy anodowanej. Oczywiście aby uzyskać ten efekt, kolor anody musi być inny niż czarny.

AREX 20 MW jest przeznaczony także do Identyfikacji komponentów plastikowych w urządzeniach elektronicznych stosowanych w motoryzacji. Możliwość identyfikacji elementów plastikowych jest powszechnym wymogiem w branży urządzeń elektrycznych przeznaczonych do samochodów. Technologia MOPA daje przewagę nad standardowymi, światłowodowymi znakowarkami z modulacją impulsu (Q-switch) dzięki możliwości uzyskania wysokiego stopnia kontrastu na rozmaitych materiałach plastikowych. Wybór krótkiego impulsu pozwala zwiększyć kontrast, przy jednocześnie niewielkim wpływie cieplnym na znajdującą się pod spodem warstwę – nawet w przypadku polimerów o dużej energii odkształcania, np. PBT-GF.

Kolejną branżą, w której znajduje zastosowanie AREX 20 MW jest medycyna. W przypadku identyfikacji przyrządów medycznych, wymagających minimalnego wpływu cieplnego oraz nienaruszonej struktury materiału, konieczne jest gładkie i solidne wyżarzanie.

Idealnym zastosowaniem do użycia AREX 20 MW jest też kolorowe znakowanie laserem. Lasery stosowane do wykonywania kolorowych znakowań na metalach poddawano przez ostatnie 15 lat szeroko zakrojonym badaniom, których pierwszym efektem były znakowarki zasilane lampami. Ta technika, zakładająca selektywny przyrost tlenku metalu, zapewniała wyraźną paletę barw, w tym również odcienie koloru niebieskiego, czerwonego, purpurowego i zielonego. Główną przeszkodą w rozpowszechnieniu kolorowego znakowania laserowego na skalę przemysłową była niska stabilność procesu oraz mała powtarzalność odcieni, połączone z bardzo żmudną i skomplikowaną konfiguracją procesu.

Znakowarka AREX 20 MW – dzięki dokładnej kontroli impulsów oraz wysokiej powtarzalności – zapewnia efektywne i powtarzalne tworzenie warstwy tlenku, dzięki czemu można uzyskać znakowania kolorowe o spójnej jakości na stali nierdzewnej i tytanie. Optymalizacja ustawień lasera prowadzi do powstania jasnych znakowań, które w białym świetle mogą przyjmować różne odcienie kolorystyczne (uwaga: dokładne odwzorowanie kolorów Pantone lub RAL jest praktycznie niemożliwe).

ELTRON
pl. Wolności 7b, 50-071 Wrocław
tel. +48 664 331 669
e-mail: piotr.baluta@eltron.pl
www.eltron.pl
www.sklep.eltron.pl

źródło: Automatyka 4/2017