Marcado láser
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Marcado láser
El marcaje por láser combina la posibilidad de la producción en serie con una flexibilidad y personalización final de los productos, sin el uso añadido de las tintas o el pretratamiento de los plásticos antes de la impresión. La impresión directa con tinta pone una imagen en la superficie mientras que el marcaje por láser puede proporcionar una marca indeleble, de alto contraste bajo la superficie. El marcaje por láser no implica ningún contacto directo con el plástico que no sea a través del haz de láser. Es la manera más flexible de marcar los plásticos y produce imágenes legibles, nítidas e indelebles. Al seleccionar el material plástico básico para una aplicación industrial especial, los fabricantes deben considerar si el material es apropiado para el marcado, a fin de no obtener resultados desagradables al final del proceso de producción. Es posible que el componente en su conjunto y también las marcas aplicadas deban cumplir requisitos exigentes en cuanto a resistencia al calor o la abrasión. El contraste de color y la resolución, sobre todo, deben garantizar la mejor legibilidad. Muchos proveedores de plásticos o masterbatch proporcionan formulaciones diseñadas para el marcado láser para permitir los mejores resultados de marcado. Como el láser tiene un impacto en la estructura molecular de los aditivos sensibles al láser y/o pigmentos de color, el cambio de color resultante crea marcas duraderas incrustadas en plástico. En comparación con los plásticos convencionales, estos materiales se pueden marcar con mayor precisión, rapidez y calidad constante. La legibilidad a largo plazo garantiza la trazabilidad de varios productos, por ejemplo, de componentes electrónicos, instrumentos médicos, piezas de automóviles, placas de identificación u otras marcas que determinen la identificación. El marcado láser es un procedimiento limpio, rápido y sin contacto que utiliza el fuerte calor de un rayo láser concentrado para marcar permanentemente la superficie del material. El marcado puede ser ejecutado de diferentes formas, por ejemplo:
- Carbonización
- Descoloramiento o cambio de color de un aditivo en el material
- Alteración física de superficies
- Trazado de muescas planas por vaporización
- Modificación controlada de la superficie por fusión
- Una combinación de los anteriores procedimientos
El tipo de marcado depende de las propiedades del láser. Una alta energía máxima permite el grabado, mientras que la longitud de onda determina el tipo de interacción con el material. Si la longitud de onda es superior a 700 nm, su acción es principalmente térmica. A menores longitudes de onda, como por ejemplo 532 nm y 355 nm, los láseres Nd:YAG con doble o triple frecuencia causan una reacción fotoquímica. En algunas aplicaciones, se requieren marcas muy visibles y atractivas, mientras que en otras las marcas deben estar situadas en lugares oscuros, o deben ser tan pequeñas que sólo sean visibles con una lupa.
Ventajas del marcado láser
A diferencia de la impresión con tinta, el marcado láser de plásticos proporciona imágenes excelentes sin tocar la superficie. El marcado láser requiere una mayor inversión de capital. Pero los análisis económicos que toman en cuenta los hechos de que no se requieren suministros consumibles, no se requieren nuevos troqueles / almohadillas de transferencia para cambios de diseño, velocidad de cambio de diseño y no generación de desechos peligrosos para emisiones o eliminación, generalmente favorecerán el marcado con láser dependiendo del número de componentes a etiquetar. Incluso a costos por pieza algo más altos, el marcado láser ofrece ventajas significativas que incluyen:
- Bajo costo operativo
- Bajo mantenimiento
- Cambios rápidos de diseño a través de software programable
- Colocación precisa de marcas y letras
- Imágenes extremadamente nítidas sin manchas
- Marcas indelebles
- No se requieren tratamientos previos o posteriores
- Potencial de simbología 2-D
- Sin contacto con la superficie
- Sin efecto adverso por la humedad superficial de la parte
- Sin uso de solventes y sin eliminación asociada
- Superficies irregulares o curvas
Las ventajas de marcado láser
- La mayoría de materiales pueden ser marcados con láser.
- Marcado de alto contraste.
- Pequeños detalles.
- Flexible, rápido y sin contacto.
- Indeleble, resistente a la corrosión, resistente a los arañazos.
- Limpio y ecológico (sin colores o aditivos).
Tipos de láser
Actualmente hay tres tipos de láser utilizados para marcar con láser en plásticos. Difieren principalmente en la longitud de onda de la energía luminosa resultante. Esto está determinado por el medio láser utilizado en la construcción del láser como se describe a continuación.
TEA-CO2 Laser
Láser que utiliza el dióxido de carbono como medio láser (el acrónimo TEA significa presión atmosférica excitada transversal). Las imágenes se producen típicamente usando una máscara que tiene la información grabada en ella. El láser resuelve su luz intensa a través de la máscara. La imagen resultante se enfoca y se redirige al objeto. La marca real se logra mediante la carbonización parcial del polímero debido a la energía intensa y crea un grabado en el polímero con una profundidad típicamente en el rango de 100 a 500 micras. La calidad de la marca es comparable a la de una impresora matricial, especialmente cuando se marca a altas velocidades. Los láseres de TEA-CO2 El láser TEA-CO2 opera a una longitud de onda relativamente larga de 10,600 nm. Sin embargo, los gráficos de alta resolución para aplicaciones de apariencia están mejor servidos por cualquiera de los otros tipos de láser.
Láser Nd: YAG
El láser Nd: YAG utiliza un medio en estado sólido de granate de aluminio de itrio dopado con neodimio. El láser YAG funciona a 1064 nm o a una frecuencia duplicada a 532nm, la cual no da una imágenes más nítidas. No se requieren máscaras, se mejoran los cambios de diseño y la flexibilidad frente al láser TEA-CO2. y con la frecuencia más alta, la distinción de la imagen también es muy superior en comparación con el láser TEA-CO2. Cuando se opera a una longitud de onda de 1064 nm, el aser YAG crea una marca al fundir y espumar la superficie del polímero. A diferencia del láser TEA CO2, esta interacción superficial ocurre solo a una profundidad de aproximadamente 50 micras. Cuando se obtiene un excelente contraste (marca blanca brillante sobre un sustrato negro), la formación de espuma se produce a aproximadamente 40 micras. Al ajustar la frecuencia y la potencia, la cantidad de espuma puede alterarse y el color de la marca resultante puede oscurecerse. Cuando se opera a una longitud de onda de 532nm, con una longitud de onda en la región visible a 532 nm (luz verde) se usan pigmentos y otros aditivos que absorben a esa longitud de onda. El cambio de color resultante se debe a un proceso fotoquímico que ocurre con estos pigmentos y aditivos en lugar de la fusión y la formación de espuma del polímero. Sin embargo, si se utiliza una salida láser de pico muy alta, todavía puede producirse un calentamiento localizado del polímero que da como resultado la fusión y la formación de espuma.
Láser excimer
El láser Excimer genera luz UV en el rango de longitud de onda de 193 nm a 351 nm. Aquí el láser se marca totalmente por un proceso fotoquímico y la matriz polimérica no se carga térmicamente. Los láseres excimer típicamente actúan sobre dióxido de titanio o otras cargas minerales para generar una marca oscura en un sustrato blanco o de color claro. Se necesitan niveles relativamente altos de pigmento o relleno para lograr un contraste aceptable. Como el proceso es fotoquímico, se produce poco o nada de grabado en la superficie del polímero. Las marcas penetran a profundidades típicamente menores de 40 micras. Los láseres Excimer tienen un uso limitado para marcar plásticos hoy en día principalmente debido a que son más caros que los láseres Nd: YAG y su capacidad limitada para producir solo una marca oscura en una sustrato claro.
Diferencia entre el láser YAG, láser CO2 y láser de fibra óptica
La primera gran diferencia de estos láseres es la longitud de onda, o para entenderlo más fácil el punto de foco del rayo es más grande en unos que en otros, esto hace que la reacción del grabado sea diferente sobre los materiales. Por su parte el láser CO2 produce un punto de foco de luz más grande, lo que le da menor precisión y potencia que los dos láseres mencionados antes. La desventaja de este es que los diodos del tubo CO2 se desgastan con el tiempo y dependiendo de la calidad del tubo y la maquina estos pueden durar desde 1000 horas hasta 15.000 horas de trabajo. El láser YAG genera un rayo láser más consistente y concentrado que el que produce el CO2, el tiempo de vida también se ve muy limitado de entre 8000 a 15.000 horas. El láser fibra óptica, la precisión y potencia de esta máquina la hacen la mejor máquina para grabado. A diferencia de la láser YAG es que esta máquina posee la capacidad de trabajar por miles de horas, desde 80.000 horas hasta 100.000 horas siendo de fácil mantenimiento y de capacidades industriales.
Adecuado para
La mayor parte de materiales termoplásticos pueden marcarse con laser. La condición necesaria para el marcado con láser es la absorción energía del material que da como resultado un cambio de color o un efecto similar. La mayoría de los polímeros termoplásticos no pigmentados (en color natural) no son marcables porque no absorben la energía del láser (longitud de onda de 1064nm para el estándar láser Nd: YAG). Esto se puede lograr para interacción con el polímero o mediante la adición de pigmentos y / o aditivos.
Polímeros termoplásticos con buena absorción y carbonización que produce un ennegrecimiento extenso en el área expuesta al láser como sucede con PES, PSU, PC, PPS.
Polímeros termoplásticos con absorción inconsistente e carbonización que se evidencia por una marca discontinua (efecto cadenas de perlas), como ocurre con PS, SAN, ABS, PET y PBT. Donde se agregan pigmentos o especiales apropiados aditivos, estos materiales se pueden marcar de tal manera uniforme y con buena calidad. Para ambos grupos, la optimización del paquete aditivos / pigmentos en el caso de fondos oscuros pueden permitir uno marca de color claro.
Polímeros termoplásticos de baja absorción, en este grupo son PA, POM, PP, PE. En color natural, sin pigmentar, estos las resinas no son laserables Con el uso de un sistema optimizado de pigmentos es posible obtener un contraste de color claro en sustratos oscuros o negros. Algunos de estos polímeros, pigmentados en colores claro, genera un rastro claro, pero con el uso de aditivos sin embargo, aún se puede obtener un buen contraste.
Influencia de las cargas y refuerzos en la marcabilidad láser
La margabilidad del láser puede verse influida en gran medida por la presencia de refuerzos, rellenos, lubricantes, aditivos autoextinguibles y otros. Al contrario de lo que uno podría pensar, el uso de fibras de vidrio en el polímero solo reduce ligeramente la capacidad de láser. Algunos aditivos y / o aditivos ignífugos pueden reducir la marcabilidad del láser debido a su color, mientras que otros pueden tener un efecto positivo.
Aplicaciones
El marcado láser se puede aplicar a casi todos los materiales y se utiliza en instrumentos médicos, tarjetas de circuitos impresos, teléfonos móviles, células solares, semiconductores, etc. La probada eficacia de nuestras tecnologías permite realizar un gran número de aplicaciones de marcado láser en las siguientes industrias: Automoción, Electrónica y células solares, TI y multimedia, Industria médica, Industria aeroespacial y tecnología de la Defensa.
Resina de copolímero de acetal marcable con láser
Debido a que el láser Nd: YAG es el dispositivo de marcado preferido para desarrollar marcas de alto contraste en un sustrato oscuro, el desarrollo de un grado especial de copolímero de acetal marcado con láser se usa este tipo de láser, lo cual es ideal para formulación negra marcada con láser que produzca el mayor contraste posible. Exsiten grados de copolímero de acetal que produce marcas extremadamente blancas y de alto contraste, mientras los grados negros convencionales muestran poco o ningún contraste. Esta resina combina la capacidad de marcado con láser con la estabilidad a la luz ultravioleta y puede marcarse con láser con el láser Nd: YAG para producir excelentes marcas blancas sin amarilleo causadas por el sistema estabilizador UV. El copolímero de acetal marcado con láser y estabilizado a los rayos UV cumple con todos los requisitos actuales de intemperismo interior del automóvil, incluido el requisito de exposición de 1241 kJ/m2, que es el estándar más alto en la industria. Esta resina está diseñada para usarse en componentes funcionales del interior del automóvil, como botones estéreo de cassette, palancas de liberación del capó y el maletero, o botones de control de crucero. En estas aplicaciones, las partes pueden marcarse con láser con la descripción funcional sin temor a la identificación. Frotar o como actualmente puede ocurrir con componentes impresos con tinta. En otras aplicaciones, se pueden hacer marcas decorativas, como logotipos de empresas y nombres comerciales. Un ejemplo es una placa de acabado estéreo del automóvil marcada con el logotipo del fabricante de automóviles o del fabricante del estéreo.
Resinas de nylon marcables con láser
Nylon 6,6 puede modificarse para lograr marcas blancas de alto contraste en un sustrato negro. Estos grados pueden incluir una o más combinaciones de modificadores, incluidos estabilizadores de calor, modificadores de impacto, refuerzo de vidrio o cargas minerales. Sin embargo, una regla general es que a medida que aumenta la cantidad de modificador, menor es el contraste logrado en la marca resultante. Por ejemplo, un nylon que contiene 13% de vidrio logrará marcas de contraste más altas (marcas más blancas) en comparación con un producto reforzado con vidrio de 43%. El nylon estabilizado a los rayos UV para interiores de automóviles también se puede personalizar para que sea marcado con láser. Las aplicaciones para nylon marcado con láser incluyen tallos de señal de giro, carcasas de herramientas y varias partes debajo del capó donde se requiere la marca para soportar condiciones ambientales adversas.
Resinas de poliéster marcables con láser
Las resinas de poliéster (PBT) también se pueden modificar para lograr marcas blancas contrastantes en un sustrato negro. Sin embargo, debe entenderse que dado que PBT tiene una blancura intrínseca más alta, la blancura de la marca no es tan brillante como la que se consigue con acetal o nylon. Además, el color del sustrato negro no es tan negro como en estas otras resinas. Esto da como resultado que el efecto general no tenga tanto contraste como el acetal o el nylon. Si bien el contraste puede no ser adecuado para acabados decorativos, es claramente legible para su uso en marcas funcionales o para fines de identificación en elementos tales como conectores o componentes eléctricos. Aquí, donde la trazabilidad del producto se requiere cada vez más, se pueden emplear códigos de barras o simbología 2D. Las resinas de poliéster pueden incluir resinas sin relleno, con vidrio, con impacto o minerales. Estos también pueden incluir elastómeros de poliéster y aleaciones y mezclas. Como regla general es que a medida que aumenta el contenido de la carga, disminuye el contraste aparente. Las resinas de poliéster también incluyen generalmente versiones ignífugas. Dependiendo del tipo de láser, las resinas de poliéster ignífugas pueden ser inherentemente marcadas con láser para marcas funcionales. Por ejemplo, los grados PBT retardantes naturales y de color claro generalmente exhiben una marca negra cuando se marcan con el láser Nd: YAG. Los colores más oscuros, incluido el negro, en resinas ignífugas, generalmente requerirán modificación para permitir una marca de color más claro y contrastante.
Resinas PPS y LCP marcables con láser
Tanto el polifenilen sulfuro como el polímero de cristal líquido son resinas muy opacas, el marcado con láser logrará marcas con un contraste razonable, pero no tan alto en contraste como se logra con otras resinas como el acetal o el nylon. Nuevamente, las marcas tienen un contraste aceptable para las marcas funcionales o informativas, pero pueden no tener suficiente contraste para ser consideradas para las marcas decorativas. Dado que estas resinas y aplicaciones en sistemas informáticos y otros sistemas electrónicos, la trazabilidad indeleble y el marcado de identificación son extremadamente importantes, particularmente para las industrias automotriz y aeroespacial. Tanto las resinas PPS como las LCP son generalmente marcables con láser en su estado natural dependiendo del láser empleado. En particular, las resinas PPS y LCP exhiben generalmente una marca oscura contrastante en resina natural y de color claro usando un láser Nd: YAG. A medida que el color del sustrato se oscurece, se observará menos contraste a menos que la formulación se modifique específicamente para mejorar la capacidad de marcado con láser.
El futuro en color
Si bien el enfoque inicial de la marca láser ha sido desarrollar una marca blanca de alto contraste en un sustrato negro, la posibilidad de desarrollar una marca de color es intrigante, pero desafiante. Una marca de color sin duda ampliaría el uso de la marca láser y permitiría una mayor flexibilidad de diseño para el cliente. Actualmente, el láser Excimer producirá una marca grisácea a negra en un sustrato de color claro. Esa es una opción para el color que no sea la marca blanca, aunque limitada. El láser Nd: YAG ofrece aparentemente más potencial para marcar colores. En la resina de acetal, por ejemplo, el marcado láser con el láser YAG en un color medio a oscuro producirá una marca que es de color más claro y de tono similar. Por ejemplo, marcar en una parte acetal azul oscuro con el láser YAG producirá una marca azul claro. Sobre la base de esta tecnología de marcado láser, puede ser posible en el futuro expandir la paleta de colores al marcar con el láser YAG. Las posibilidades incluyen marcas de colores de alto contraste en un sustrato negro. Nuestros éxitos iniciales en esta área han incluido marcas azules, verdes, amarillas o rojas en un sustrato acetal negro. Además, es posible que en el futuro se amplíe esto mediante el desarrollo de tecnología que cree una marca coloreada en un sustrato coloreado de diferente tono.
Conclusión
En conclusión, si su aplicación requiere marcas indelebles de alto contraste, la combinación de resinas de ingeniería marcables con láser con el láser Nd: YAG producirá las marcas blancas más brillantes y de mayor contraste en las piezas moldeadas en negro, que se pueden lograr en la industria hoy en día. Igualmente importante, esta combinación realmente elimina cualquier problema asociado con la impresión de tinta que se adhiere al acetal y otras resinas, y elimina cualquier preocupación relacionada con el desgaste de la marca.