دستگاه حکاکی لیزری برای پلاستیک: چگونه برای بهترین نتیجه عمل کنیم

حکاکی لیزری یا علامت‌گذاری لیزری بر روی محصولات پلاستیکی روشی است که در آن اجزا با کمک لیزر علامت‌گذاری یا برچسب‌گذاری می‌شوند. پلیمرهایی که اجزای پلاستیکی از آن ساخته شده‌اند، فرآیند مورد استفاده، تنظیمات علامت‌گذاری لیزری پلاستیک و مقدار انرژی مورد نیاز برای انجام حکاکی لیزری بر روی پلاستیک را تعیین می‌کنند. نتیجه حکاکی لیزری معمولاً به نوع افزودنی‌ها مانند رنگ‌ها، پلاستیک مورد استفاده و نوع لیزر مورد استفاده بستگی دارد.

چه نوع دستگاه‌هایی پلاستیک را حکاکی می‌کنند؟

نتایج حکاکی پلاستیک تحت تأثیر نوع و طول موج لیزری که استفاده می‌شود قرار می‌گیرد. طول موج لیزر بسته به نیاز متغیر است.

لیزرهای پرتو حالت جامد با فرکانس دوبرابر شده 532 نانومتر
لیزرهای پرتو حالت جامد با فرکانس سه‌برابر شده 355 نانومتر
منابع مادون قرمز – لیزرهای Nd YAG و فیبر
لیزرهای CO2

تکنولوژی پشت حکاکی لیزری پلاستیک‌ها

حکاکی لیزری یک فرایند نوری است که در آن عناصر پلاستیکی پرتوهای لیزر را جذب می‌کنند بدون اینکه هیچ تماسی با آن‌ها برقرار شود. این ویژگی به طور گسترده در فرایندهای جوشکاری و برش لیزری نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش، یک نوع ماده پرتو لیزر را جذب می‌کند و باعث ذوب یا برش آن می‌شود، در حالی که مواد دیگر ممکن است نسبت به پرتو لیزر شفاف باشند و بدون هیچ تأثیری اجازه عبور آن را بدهند.

انواع مختلفی از ترموپلاستیک‌ها و پلاستیک‌ها را می‌توان با لیزر حکاکی کرد. در صورتی که پلاستیکی قابلیت علامت‌گذاری با لیزر را نداشته باشد، معمولاً با استفاده از مستربچ یا افزودنی‌های مناسب برای حکاکی لیزری بر روی پلاستیک پردازش می‌شود.

مستربچ معمولاً به معنای ترکیبی از مواد افزودنی یا رنگدانه‌های غلیظ است که در یک پایه رزینی در حین فرایند حرارتی محصور می‌شود. سپس این ترکیب خنک شده و به شکل دانه‌های ریز خرد می‌شود. افزودنی‌هایی مانند رنگدانه‌ها نیز بر قابلیت حکاکی یا علامت‌گذاری با لیزر تأثیر می‌گذارند.

اگر پلاستیک دارای رسانایی حرارتی پایینی باشد، این بدان معناست که اتلاف انرژی در هنگام حکاکی لیزری کم است و در نتیجه، فرایند حکاکی با سرعت بیشتری انجام می‌شود. ساختار ماکرومولکولی پلاستیک معمولاً پرتوهای لیزر را در محدوده بین فروسرخ و فرابنفش جذب می‌کند.

مزایای حکاکی لیزری روی پلاستیک چیست؟

حکاکی لیزری روی پلاستیک ویژگی‌های زیادی دارد که آن را به یک فرآیند محبوب و کارآمد تبدیل می‌کند:

مقاومت در برابر آب، دائمی، مقاوم در برابر مواد شیمیایی، نور، حرارت و سایش: حکاکی لیزری روی پلاستیک از مقاومت بالایی در برابر عوامل مختلف برخوردار است و طراحی‌ها و علامت‌ها به‌طور دائمی باقی می‌مانند.
فرآیند با کیفیت بالا، ضد تقلب و مؤثر: این فرآیند کیفیت بسیار بالایی دارد و چون غیرقابل جعل است، برای مواردی که نیاز به امنیت و شفافیت دارند ایده‌آل است.
مناسب برای نواحی دشوار برای دسترسی: فرآیند حکاکی لیزری به دلیل انعطاف‌پذیری بالا، برای حکاکی در مکان‌های دشوار دسترسی مناسب است.
بدون تماس: کل فرآیند حکاکی لیزری به‌صورت غیرتماسی انجام می‌شود، به این معنی که هیچ‌گونه تماسی با سطح پلاستیک وجود ندارد و هیچ آسیبی به آن وارد نمی‌شود.
عدم نیاز به جوهر، مواد شیمیایی یا هزینه‌های اضافی: این فرآیند به هیچ‌گونه جوهر، مواد شیمیایی یا ابزار خاصی نیاز ندارد و به همین دلیل از نظر هزینه بسیار به‌صرفه است.
نتایج یکنواخت و تضمین یکپارچگی: این روش نتایج یکسان و یکنواختی را تضمین می‌کند، زیرا پلاستیک پردازش‌شده از هرگونه تنش، فیکس شدن یا فشار آزاد است.
عدم نیاز به فرآیندهای پس از پردازش یا پیش‌پردازش: هیچ‌گونه پیش‌پردازش یا پس‌پردازش لازم نیست، بنابراین فرآیند ساده و سریع است.
امکان حکاکی اقتصادی روی مقادیر کم از پلیمر: به دلیل زمان تنظیم کم دستگاه لیزر، حتی می‌توان مقادیر کم از پلیمر را به‌طور اقتصادی حکاکی کرد.

۴ نوع نتیجه در حین حکاکی لیزری روی پلاستیک

بر اساس نتایج نشانه‌گذاری بازچینی مولکولی یا تغییر رنگ بر سطح ماده، حکاکی لیزری پلاستیک به چهار نوع تقسیم می‌شود: کربن‌سازی پلاستیک، فوم‌سازی، ابلیشن لیزری یا حذف لیزری، تغییر رنگ.

کربن‌سازی پلاستیک

این روش کنتراست‌های قوی رنگی را بر روی سطوح روشن یا خارجی فراهم می‌کند و می‌تواند بر روی بیوپلیمرها و پلیمرها اعمال شود. در طول فرآیند، سطح پلاستیک توسط لیزر گرم شده و کربن‌سازی می‌شود که باعث آزاد شدن هیدروژن و اکسیژن می‌شود. به دلیل غلظت کربن، سطح ماده کربن‌سازی می‌شود. این فرآیند نسبت به دیگر تکنیک‌ها زمان بیشتری برای علامت‌گذاری نیاز دارد.

فوم‌سازی

این تکنیک نه تنها علامتی بر روی سطح پلیمرها باقی می‌گذارد، بلکه بر روی برخی فلزات نیز اثر می‌گذارد. گرمای لیزر به ذوب سطح پلیمر کمک می‌کند. سپس، به دلیل سرد شدن سریع، ماده حباب‌هایی در خود محصور می‌کند که با لمس دست قابل احساس است. این فرآیند یک علامت مثبت برجسته (مانند علامت بعلاوه) ایجاد می‌کند که بسته به نوع ماده پلیمر، از روشن تا تیره تغییر می‌کند. در چنین مواردی، لیزر با سطح توان پایین‌تر کار می‌کند و علامت‌های مثبت طولانی‌تری به وجود می‌آورد.

ابلیشن لیزری یا حذف لیزری

حذف لیزری با لمینت‌ها (پلاستیک‌های چندلایه) انجام می‌شود. در طول فرآیند حذف، پرتو لیزر به برداشتن لایه‌های نازک بالایی (مواد پایه) مانند لایه‌های رنگ کمک می‌کند. این عمل باعث ایجاد اثر کنتراست رنگ‌ها می‌شود، زیرا لایه‌های مختلف با رنگ‌های متفاوت از هم جدا می‌شوند و تفاوت در رنگ‌ها را نمایان می‌کند.

تغییر رنگ

این یک فرآیند الکتریکی است که در آن تخریب یا بازترتیب ماکرومولکول‌های رنگدانه‌دار اتفاق می‌افتد. این روش همچنین قابلیت خوانایی حداکثری را تضمین می‌کند. سطح ماده تغییر نمی‌کند و صاف باقی می‌ماند و هیچ پلیمر از سطح حذف نمی‌شود، اما امکان فوم‌سازی وجود دارد. تغییر رنگ می‌تواند هم تیره و هم روشن باشد، اما در بیشتر موارد، رنگ به سمت تن تیره‌تر گرایش دارد.

چطور باید عمل کرد تا نتایج بهتری در حکاکی لیزری پلاستیک بدست آید؟

انتخاب انواع پلاستیک‌های مناسب برای حکاکی لیزری

بسیاری از انواع پلاستیک‌های شفاف یا نیمه‌شفاف ممکن است هیچ علامتی از خود بر جای نگذارند زیرا پرتو لیزر از آن‌ها عبور می‌کند. همچنین، بسیاری از نمونه‌های پلاستیکی پس از فرآیند بدون هیچ‌گونه تغییر قابل توجهی باقی می‌مانند، مگر اینکه مواد افزودنی خاصی به آن‌ها اضافه شود.

با این حال، پلی‌کربنات (PC) و پلی‌وینیل کلراید (PVC) استثنایی هستند، زیرا حتی در حالت شفاف بودن، می‌توانند تحت تابش با انرژی بسیار پایین کربن‌سازی شوند و علائم واضحی ایجاد کنند. این ویژگی باعث می‌شود این پلاستیک‌ها برای حکاکی لیزری مناسب باشند، حتی زمانی که به نظر می‌رسد به راحتی تحت تاثیر قرار نمی‌گیرند.

استفاده از افزودنی‌ها و پلاستیک‌های اصلاح‌شده

از آنجا که افزودنی‌ها می‌توانند به میزان معینی جذب انرژی لیزر توسط پلیمر را افزایش دهند، پلاستیک‌های اصلاح‌شده پس از ترکیب یا پر شدن با افزودنی‌ها ویژگی‌های خاصی پیدا می‌کنند. برخی پلاستیک‌ها برای اصلاحات علامت‌گذاری تیره مناسب هستند، برخی دیگر برای علامت‌گذاری روشن، و برخی دیگر می‌توانند برای هر دو نوع علامت‌گذاری استفاده شوند.

تنظیمات دستگاه حکاکی لیزری

چندین نوع لیزر در بازار موجود است که شامل لیزر UV (با طول موج 355 نانومتر)، لیزر سبز و لیزر مادون قرمز می‌باشند. لیزر مادون قرمز خود به دو دسته تقسیم می‌شود: مادون قرمز نزدیک (مانند لیزر YAG با طول موج 1064 نانومتر، لیزر فیبر) و مادون قرمز دور (مانند لیزر CO2 با طول موج 10640 نانومتر). با پیشرفت علم و فناوری، برخی از پارامترهای لیزرهای مادون قرمز می‌توانند به طور انعطاف‌پذیری کنترل و تنظیم شوند تا اثر مشابهی با لیزرهای UV با طول موج کوتاه بر روی برخی مواد ایجاد کنند.

عرض پالس

عرض پالس، که به عنوان عرض پالس لیزر شناخته می‌شود، مدت زمانی را اندازه‌گیری می‌کند که پرتو لیزر بر روی سطح ماده عمل می‌کند. برای پلاستیک‌ها، مدت زمان تابش لیزر بر روی سطح بسیار حیاتی است: اگر این زمان خیلی کوتاه باشد، انرژی کافی برای واکنش ایجاد نخواهد شد و تنها علامت‌های بسیار روشن و حباب‌زده باقی خواهند ماند؛ اگر مدت زمان تابش خیلی طولانی باشد، نتایج منفی مانند کربن‌سازی شدید، ابلیشن و ترک‌خوردگی ممکن است رخ دهد. بنابراین، انتخاب عرض پالس مناسب برای ایجاد تغییرات مناسب بر روی سطح پلاستیک و دستیابی به اثر مورد نظر ضروری است. عرض پالس به عنوان مرجع بسیار مهمی برای تعیین اینکه آیا لیزر می‌تواند بر روی پلاستیک اعمال شود یا خیر، شناخته می‌شود.

فرکانس

فرکانس، که به عنوان فرکانس تکرار لیزر نیز شناخته می‌شود، تعداد پرتوهای لیزر را که در هر ثانیه ارسال می‌شوند اندازه‌گیری می‌کند. معمولاً فرکانس لیزر به سرعت اسکن لیزر مرتبط است. با این حال، هرچه فرکانس بالاتر باشد، فاصله زمانی بین هر پرتو کوتاه‌تر می‌شود. از آنجا که پلاستیک رسانای ضعیفی برای گرما است و معمولاً دفع گرما در آن ناکافی است، فرکانس زیاد می‌تواند منجر به تجمع گرما شود. این مسئله غیرقابل‌قبول است زیرا گرما نه تنها باعث “آسیب حرارتی” در اطراف ماده و رسانه می‌شود، بلکه ممکن است منجر به ایجاد حباب‌ها، ذوب و سخت شدن، و فرسایش غیرعمدی در مناطقی شود که نباید حکاکی شوند. بنابراین، انتخاب فرکانس مناسب بر اساس نقطه ذوب ماده برای دستیابی به اثر و کارایی مورد نظر بسیار مهم است. دامنه تنظیمات وسیع فرکانس می‌تواند امکانات بیشتری برای حکاکی پلاستیک فراهم آورد.

نسبت گسترش پرتو

فاکتور M²، که به عنوان نسبت گسترش پرتو نیز شناخته می‌شود، یک معیار رایج برای ارزیابی کیفیت پرتو لیزر است. این نسبت نشان‌دهنده کیفیت پرتو واقعی تولید شده توسط لیزر نسبت به پرتو نظری است. هرچه این نسبت به 1 نزدیک‌تر باشد، کیفیت پرتو بهتر است، در حالی که اگر مقدار آن بیشتر باشد، کیفیت پرتو ضعیف‌تر خواهد بود. نسبت گسترش پرتو به‌طور مستقیم بر توزیع انرژی پس از تمرکز تأثیر می‌گذارد. یک نسبت گسترش پرتو عالی باعث می‌شود که لیزر پس از تمرکز به‌طور یکنواخت و متمرکز عمل کند، در حالی که یک نسبت ضعیف منجر به تمرکز بزرگ و پراکنده‌ای خواهد شد. هرچه فاکتور M² ضعیف‌تر باشد، انرژی حرارتی کمتری به‌طور مؤثر در دسترس خواهد بود و انرژی حرارتی اضافی باعث ایجاد “مناطق آسیب‌دیده حرارتی” در حکاکی پلاستیک می‌شود که ما نمی‌خواهیم، که این امر باعث بدتر شدن نتایج خواهد شد.

قدرت اوج

قدرت اوج لیزر به حداکثر قدرتی اطلاق می‌شود که یک پرتو لیزر می‌تواند به‌طور لحظه‌ای به آن دست یابد. هرچه قدرت اوج بالاتر باشد، انرژی لیزر بیشتری به‌طور مؤثر در دسترس خواهد بود و به تبع آن، گرمای اضافی کمتری تولید می‌شود. این امر می‌تواند موجب بخار شدن یا کربن‌سازی ماده بدون تغییر شکل و ذوب آن شود. این مکانیزم تا حدودی مشابه با کیفیت پرتو است.

قدرت اوج بالا به لیزر این امکان را می‌دهد که انرژی بیشتری را در یک لحظه به سطح ماده منتقل کند، که می‌تواند باعث حکاکی‌های عمیق و با کیفیت‌تر و بدون آسیب به پلاستیک شود. در عین حال، انرژی اضافی کمتری به شکل گرمای زائد تولید می‌شود که در نتیجه، امکان حکاکی دقیق‌تر و تمیزتر فراهم می‌شود.

استفاده از دستگاه حکاکی لیزری ایده‌آل

لیزر فیبر

این تکنولوژی مخفف Master Oscillator Power Amplifier است و عملکرد بسیار عالی در کنترل شکل‌دهی پالس‌های زمانی و عملکرد بالای لیزری ارائه می‌دهد. در پیکربندی MOPA، عرض پالس و فرکانس پالس می‌توانند به‌طور مستقل کنترل شوند.

شرکت JPT سری‌های لیزر فیبر M7 و M8 را توسعه داده است که مزایای بسیار عالی برای فاکتورهای اصلی حکاکی پلاستیک‌هایی که قبلاً ذکر کردیم، دارند. این دستگاه‌های لیزری می‌توانند عرض پالس ۲ تا ۵۰۰ نانوثانیه را ایجاد کنند و بنابراین قادر به سازگاری با برخی پلاستیک‌ها هستند؛ همچنین با فرکانس لیزر قابل تنظیم از ۱ کیلوهرتز تا ۴۰۰۰ کیلوهرتز، فرآیند حکاکی پلاستیک شما با کارایی بالا انجام می‌شود. نسبت گسترش پرتو لیزرهای فیبر MOPA شرکت JPT بیشتر از ۱.۳ نیست که منجر به عملکرد عالی در حکاکی پلاستیک‌ها می‌شود.

این ویژگی‌ها باعث می‌شوند که لیزرهای فیبر MOPA گزینه‌ای عالی برای حکاکی پلاستیک‌ها باشند، به‌ویژه در زمینه‌هایی که نیاز به دقت بالا، تنظیمات انعطاف‌پذیر و عملکرد موثر دارند.

لیزر UV

لیزرهای UV دارای طراحی الکترونیکی هوشمند و محفظه دو لایه فشرده هستند که به‌راحتی با محیط‌های صنعتی سازگار می‌شوند. این لیزرها حداقل مدت زمان پالس ۶ پیکوثانیه را دارند. تمام این ویژگی‌ها در سری دستگاه‌های لیزر JPT PS گنجانده شده است.

این ویژگی‌ها باعث می‌شوند که لیزرهای UV سری JPT PS توانایی ارائه حکاکی‌های دقیق و با کیفیت بالا را حتی در محیط‌های صنعتی سخت داشته باشند. همچنین، مدت زمان پالس کوتاه (۶ پیکوثانیه) باعث می‌شود که لیزر به‌طور مؤثری انرژی را به سطح مواد منتقل کند، بدون ایجاد گرمای زیاد و آسیب به آنها.