Jak funguje laserové značení a co se při něm děje?
Při laserovém značení dopadá laserový paprsek na materiál a vytváří reakci, která zanechává trvalou stopu. Rychlost, výkon a zaměření laserového paprsku na povrch dílce vedou k různým laserovým procesům, jako je odstranění materiálu, jeho spálení nebo změna barvy. Tyto značicí procesy se označují jako laserové gravírování, laserové leptání, laserové žíhání, laserová karbonizace, laserová ablace nebo laserové zpěnění.
Výběr správné laserové technologie a její konfigurace jsou klíčem ke kvalitnímu značení dílů. Nejdříve je potřeba definovat požadavky na aplikaci (materiál, velikost a geometrie dílce, dostupný čas pro značení, výrobní proces). Tyto požadavky pomohou určit laserový systém, výkon a proces, který potřebujete pro laserové značení daného materiálu.
Vlnové délky a materiály
Různé materiály reagují na různé vlnové délky různě. Každý materiál má jedinečné složení, které absorbuje určité vlnové délky a jiné ne. Protože lasery produkují jedinou vlnovou délku, jsou to vysoce specializované nástroje pro značení velmi specifických materiálů. Různé materiály tak mají různé požadavky na laser. V závislosti na materiálu je vhodný buď vláknový, nebo CO2 laserový systém.
Vláknové laserové systémy jsou nejlepší pro značení kovů, protože většina kovů dobře reaguje na značení vlnovu délkou 1 mikrometr (1064 nm), která je u vláknových laserů nejběžnější.
Plynové laserové systémy jsou nejlepší pro značení organických materiálů. Nejznámějšími plynovými lasery jsou CO2 lasery. Na jejich vlnové délky 9 až 10,6 mikrometrů (9 000-10 600 nm) dobře reaguje většina organických sloučenin. Kovy na tyto vlnové délky reagují špatně.
Typy laserových procesů při značení
Cílová aplikace určí, jaký laserový proces značení zvolit. Můžete například potřebovat vytvořit nesmazatelné, vysoce odolné značky, nebo aby se proces značení vešel do určitého časového cyklu.
Laserové gravírování
Laserové gravírování je široce používaná metoda laserového značení, která se běžně používá pro tvorbu identifikačních čísel, schémat, log či QR kódů.
Při laserovém gravírování se z povrchu odstraňuje materiál, čímž vzniká znatelná hloubka a textura. Výsledkem této techniky je 3D efekt při pohledu ze specifických úhlů a také hmatový vjem při dotyku.
Během gravírování laserové paprsky zvyšují teplotu povrchu až k bodu varu materiálu, což způsobuje jeho roztavení a nakonec odpaření. V některých případech může materiál vlivem intenzivního tepla shořet a proměnit se v prach nebo úlomky
Laserové gravírování je obzvláště vhodné pro materiály, jako je dřevo, plasty, keramika a některé kovy. Zejména při gravírování kovů je důležité použít vláknový laser s dostatečným výkonem, aby bylo dosaženo požadované hloubky a 3D efektu. Nedostatečný výkon může mít za následek mělké značky, které postrádají charakteristickou hloubku a strukturu správného gravírování.
Laserové gravírovací stroje lze použít například ke značení, které bude odolné proti falšování nebo vůči agresivním následným úpravám, jako je tryskání.
Laserové leptání (etching)
Laserové leptání neboli etching je určeno pro vysokorychlostní a vysoce kontrastní značení. Obvykle se používá v případech, kdy je značený povrch potažen silnou vrstvou nebo když musí být proces laserového značení co nejrychlejší, aby bylo možné značení integrovat do výrobní linky.
Technologie laserového etchingu téměř okamžitě roztaví povrch materiálu a vytvoří na něm vysoké a nízké nerovnosti. Vznikají tak například vysoce kontrastní černé a bílé značky.
Laserové žíhání (annealing)
Laserové žíhání neboli annealing je technika, při níž se kov pomalu zahřívá laserovým paprskem. To způsobí, že kyslík difunduje pod povrch kovu a oxiduje jej zevnitř. Když kov vychladne, změní se jeho barva. Tento proces se také označuje jako tepelné značení a spočívá v tom, že laserový paprsek působí na povrch předmětu malým množstvím tepla, což způsobuje termochemickou reakci.
Nejčastěji vzniká černá barva, ale úpravou nastavení výkonu laseru lze získat i jiné barvy, například červenou, žlutou a zelenou. Na rozdíl od laserového gravírování nevytváří laserové žíhání řezy ani hluboké stopy; místo toho se značení vytváří na povrchu oxidací, čímž se zachovává hladký vzhled.
Laserové žíhání se používá převážně na kovy, zejména titan, ocel, železo a další železné materiály. Široce se využívá v různých průmyslových odvětvích, včetně lékařského, automobilového a leteckého průmyslu. Je vhodné u materiálů, které se nesmí poškodit. Je to jedno z mála řešení pro značení nerezové oceli, jejíž povrch musí zůstat značkou nedotčen.
Laserový annealing se používá také pro estetické aplikace, jako jsou loga. Žíhání je sice pomalejší než jiné procesy laserového značení, ale vytváří nejkrásnější povrchovou úpravu.
Laserová karbonizace
Karbonizace laserem je proces, který se využívá u některých kovů a slitin obsahujících uhlík. Při působení laserových paprsků na materiál dochází vlivem vysokých teplot k migraci molekul uhlíku k povrchu, kde vlivem tepla vytvářejí vazby s povrchovými molekulami. V důsledku této vazby se na povrchu objeví tmavé stopy.
Tato specifická technika laserového značení je použitelná výhradně pro kovy obsahující uhlík, jako je ocel, nerezová ocel, titan a další kovy a slitiny, a částečně i polymerů obsahujících uhlík nebo speciální kompozitní příměsi. Využitím jedinečných vlastností migrace uhlíku je možné na těchto světlých materiálech vytvářet trvanlivé tmavé značení.
Laserová ablace
Laserová ablace vytváří značku tím, že z povrchu odstraní něco jiného než materiál (obvykle barvu). Část nátěru lze odstranit a označit tak identifikátor, například čárový kód. Laserová ablace je totéž co laserové čištění. Jediný rozdíl je v použití: cílem je označit, nikoli vyčistit. V určitých případech je laserová ablace nejrychlejším řešením laserového značení. Například odstranění barvy je rychlejší než značení oceli.
Laserové zpěnění (foaming)
Při laserovém zpěnění značicí laser taví povrch materiálu a vytváří v něm mikroskopické plynové bublinky, což vede ke změně barvy a textury povrchu (typicky na světlejší odstín). Když se totiž plynové bublinky snaží uniknout z povrchu, oxidují a vytvářejí na materiálu atraktivní vzhled v podobě lomu světla a třpytivého efektu. Laser foaming se běžně využívá ke značení plastů, zejména tmavých polymerů, kde je potřeba vytvořit kontrastní bílé označení. Naopak není kompatibilní s materiály, jako jsou kovy a dřevo.