激光塑料印標(biāo)技術(shù)

帶有激光印標(biāo)的裝飾性熱塑性塑料比十年以前預(yù)期的花費(fèi)了更長(zhǎng)的時(shí)間才得到人們的認(rèn)可。盡管如此，激光技術(shù)已經(jīng)在一些應(yīng)用中取代了油墨印標(biāo)技術(shù)(如壓印和噴墨印刷)，情況已經(jīng)有所改變。 

   
目前所謂的“非美學(xué)”應(yīng)用估計(jì)占塑料激光印標(biāo)的90%。有的印標(biāo)用二氧化碳激光機(jī)制作,包括零件型號(hào)、制造日期以及有效期。通常這些印標(biāo)在透明或淺色背景上是黑色的字母和數(shù)字，或在黑色背景上是純白印標(biāo)。 

“美學(xué)”激光印標(biāo)占市場(chǎng)的10%，在代替油墨技術(shù)方面有很大的發(fā)展?jié)摿Α＿@是黑色工程塑料上的典型白色印標(biāo)，用固態(tài)Nd∶YAG激光機(jī)印制，這種激光機(jī)很容易編程，適用于在任意形狀上的制品作清楚的印標(biāo)。 

   
激光印標(biāo)已經(jīng)成功商業(yè)化的應(yīng)用包括商業(yè)機(jī)器用的ABS鍵盤、HDPE、PP、PET和PVC剛性容器和容器蓋;尼龍和PBT汽車和非汽車用電器連接件，發(fā)動(dòng)機(jī)罩元件如保險(xiǎn)盒和氣帽。還有其他的應(yīng)用，包括牛和豬用的TPE耳簽，電器件如清洗和干燥設(shè)備上的HDPE開關(guān)按鈕，PVC管件如接頭和管件。 

   
而剛開始的應(yīng)用包括燈開關(guān)蓋，化妝品包裝材料，汽車內(nèi)部按鈕和門把手、儀表板。在最近幾年，后者已經(jīng)成為一個(gè)重要的應(yīng)用市場(chǎng)。 

   
在最近十年，計(jì)算機(jī)程序化的激光印標(biāo)設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步伴隨著更多品種的可激光印標(biāo)樹脂的開發(fā)，專門制作的著色劑和包裝用的添加劑可用于各種各樣的塑料中，如聚烯烴、ABS、PVC、聚酯、聚碳酸酯、尼龍、聚甲醛和熱塑性彈體。 

   
現(xiàn)在的激光印標(biāo)塑料對(duì)比度高，有時(shí)，與其說是黑色與白色，不如說是一個(gè)對(duì)比的色彩。甚至濃暗對(duì)比度也成為可能。據(jù)塑料激光設(shè)備的主要供應(yīng)商Rofin-Baasel的市場(chǎng)經(jīng)理PatrickSchlather介紹，這些色彩變化多樣，是流行趨勢(shì)之一，這種趨勢(shì)正使人們對(duì)激光裝飾塑料產(chǎn)生更大的興趣。 

   
激光印標(biāo)的應(yīng)用包括燈開關(guān)蓋，化妝品包裝材料，汽車內(nèi)部按鈕和門把手、儀表板。在最近幾年，后者已經(jīng)成為一個(gè)重要的應(yīng)用市場(chǎng)，同時(shí)也滿足了在甚至更小的塑料制件上印制大量數(shù)據(jù)的發(fā)展需要。例如，數(shù)據(jù)密度10倍于傳統(tǒng)條形碼的二維條形碼已經(jīng)被研究出來。與以前使用的條形碼相比，印制二維條形碼要求更精確，清晰度更高。據(jù)Schlather介紹，激光印標(biāo)滿足了這些要求，在0.001英寸的范圍內(nèi),點(diǎn)的尺寸和位置可以重復(fù)—這些性能是壓印或油墨印刷機(jī)難以實(shí)現(xiàn)的。 

   
環(huán)境問題是激光印標(biāo)發(fā)展的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)力。激光印標(biāo)不用油墨或溶劑，也不需用像油墨印標(biāo)技術(shù)那樣的高強(qiáng)度能量干燥過程。Schlather說，對(duì)一個(gè)三班倒的印標(biāo)生產(chǎn)來講，油墨和化學(xué)品花費(fèi)在20000～40000美元，而印制盤子要花費(fèi)100000美元/每年或更多。而相比之下，一臺(tái)三班倒的激光印標(biāo)設(shè)備每年用電花費(fèi)少于3000美元，其他的消耗如燈管和過濾器花費(fèi)在3500美元以下。 

   
印標(biāo)設(shè)備基礎(chǔ) 

   
盡管現(xiàn)有的用于裝飾塑料的激光光源很多，但是密封的二氧化碳激光器是目前使用得最廣泛的，其次是燈管泵送的固態(tài)Nd∶YAG激光器和近年來的二極管泵送的Nd∶YAG器。 

   
大多數(shù)激光設(shè)備都采用高速光束控制的檢流計(jì)印標(biāo)技術(shù)。這種控制設(shè)備用兩臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的可以在X或Y方向移動(dòng)的鏡子或檢流計(jì)掃描激光光束。“當(dāng)編好程序的激光路徑完成時(shí)，新的制件入位，重復(fù)著這種循環(huán)。由于激光模式完全存在于軟件之中，因此工具或蒙片都不需要了。” 

   
允許帶有旋轉(zhuǎn)光束控制的塑料印標(biāo)的軟件也有好幾家激光設(shè)備供應(yīng)商供應(yīng)。這種設(shè)備本質(zhì)上是采用相同的技術(shù)，但適用于連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的生產(chǎn)如輸送帶或基材轉(zhuǎn)換，Barbero解釋到，“這種設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是它能夠被很容易地改裝到現(xiàn)有的生產(chǎn)線，使生產(chǎn)率達(dá)到最大值。編碼反饋給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，實(shí)時(shí)跟蹤移動(dòng)的目標(biāo)。”Schlather接著說道，“目前的設(shè)備采用簡(jiǎn)單明了的圖形生成軟件，這種軟件很容易編好程序，在各個(gè)和每個(gè)旋轉(zhuǎn)的制件上印制單一的數(shù)據(jù)。” 

   
近幾年來，激光印標(biāo)的程序化、標(biāo)準(zhǔn)化和排除故障性能更容易了，印標(biāo)速度也得到很大提高。Barbero說，“當(dāng)今的軟件適用于每秒鐘超過400個(gè)字的印制，而10年前每秒鐘只能印制40個(gè)。”大多數(shù)激光機(jī)軟件有能力印制串行和多型號(hào)的條形碼以及任意型號(hào)(包括公司標(biāo)志)的文本。用Window基的“幫助”選項(xiàng)，激光印標(biāo)供應(yīng)商增加了服務(wù)和標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)以及故障清除軟件。 

   
另一項(xiàng)進(jìn)展是用一種激光光源可以同步印制兩個(gè)制件。外加一種變形頭和一臺(tái)程序化的光束分離器，用相同的信息，一臺(tái)激光機(jī)可同時(shí)印制兩個(gè)零件。Schlather指出，這種類型的設(shè)備可用于不移動(dòng)制件的較大面積或大量制件的印制。 

   
在不斷流行的二氧化碳激光設(shè)備方面費(fèi)用是一個(gè)關(guān)鍵因素。一整套二氧化碳交鑰匙設(shè)備售價(jià)在25000～35000美元之間，而一臺(tái)電子管泵送或二極管泵送的Nd∶YAG設(shè)備售價(jià)在60000～75000美元之間。 

   
二氧化碳激光機(jī)蝕刻塑料表面，通過蒸發(fā)清理材料，得到的是對(duì)比的印標(biāo)，但很少或幾乎沒有真正的顏色變化。適宜于采用二氧化碳激光機(jī)印制的塑料有PVC、ABS和大多數(shù)聚酯。云母填充的商用樹脂如PP用二氧化碳激光機(jī)標(biāo)記時(shí)產(chǎn)生起霜的灰白印標(biāo)。盡管二氧化碳機(jī)的輸出功率可以達(dá)到200W，但用于印標(biāo)塑料最通用的范圍是10～25W，有時(shí)是50W。 

   
在瓶裝生產(chǎn)線編碼過程中，速度是關(guān)鍵，或者還需要大的字母，一般要使用二氧化碳激光機(jī)。FOBA北美激光設(shè)備集團(tuán)的總裁和首席執(zhí)行官SteveBone說，二氧化碳機(jī)使用基體原模印標(biāo)比Nd∶YAG機(jī)快2倍，盡管僅僅快零點(diǎn)幾秒。 

   
“現(xiàn)在的激光印標(biāo)塑料對(duì)比度高，有時(shí)，與其說是黑色與白色，不如說是一個(gè)對(duì)比的色彩，甚至濃暗對(duì)比度也成為可能。” 
  ControlMicrosystems公司的主要市場(chǎng)重點(diǎn)一直是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩和電子/電器件,該公司的Stevenson說，考慮一種塑料的印標(biāo)，首先要盡量用二氧化碳激光機(jī)來印制。“如果不能得到要求的對(duì)比度或得到過量的熔融，再去選擇YAG激光機(jī)。” 
  固態(tài)Nd∶YAG激光機(jī)加熱塑料會(huì)引起熱化學(xué)反應(yīng)（如發(fā)泡)，也會(huì)產(chǎn)生更多的顏色變化。由于這種激光機(jī)產(chǎn)生的激光的波長(zhǎng)較短，因此能得到較高的清晰度。波長(zhǎng)越短，塑料基體感應(yīng)的熱量越少(冷印)。FOBA的Bone說，用于塑料印標(biāo)的100瓦Nd∶YAG設(shè)備是目前流行的(由于其產(chǎn)量高)，但是輸出功率在30～50W的設(shè)備也有。YAG激光機(jī)一般被用于零件的高質(zhì)量印標(biāo)，如電子連接器，發(fā)動(dòng)機(jī)罩元件，鎖帽和外科手術(shù)設(shè)備。 

   
Rofin-Baasel的Schlather建議加工者考慮購(gòu)買固態(tài)激光機(jī)時(shí)要了解所需要的生產(chǎn)量和印標(biāo)的美學(xué)要求。例如，如果想要高對(duì)比度的、表面沒有測(cè)量的到的中斷印標(biāo)，那么高頻的激光機(jī)性能最好。不過，這取決于設(shè)備的低輸出功率是否適合你的生產(chǎn)率要求。 

   
還有一種新型的二極管，功率在3～100W之間，可以用二極管作為激光機(jī)燈源替代電子管泵設(shè)備的電子管。據(jù)說二極管比電子管結(jié)構(gòu)緊湊50%，能量效用提高20%～30%。電子管設(shè)備需要水冷，而二極管類型需水冷或風(fēng)冷。電子管一般需要每1000小時(shí)更換一次，二極管的使用壽命則達(dá)10000小時(shí)。不利條件是二極管相對(duì)來說比較新而且較昂貴。例如，F(xiàn)OBA50W的二極管泵激光機(jī)比100W的電子管設(shè)備貴10%。但FOBA預(yù)計(jì)二極管設(shè)備的價(jià)格在以后幾個(gè)月可能下降，并且它們最終將替代電子管泵設(shè)備。 

   
“環(huán)境問題是激光印標(biāo)發(fā)展的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)力。激光印標(biāo)不用油墨或溶劑，也不需用像油墨印標(biāo)技術(shù)那樣的高強(qiáng)度能量干燥過程。” 

   
Rofin-Baasel的Schlather總結(jié)YAG類型的選擇∶“如果要每600～800小時(shí)進(jìn)行維修，那么電子管泵投資最少，但可以得到最大的生產(chǎn)率。如果用3～60W的二極管泵設(shè)備可以完成希望的印標(biāo)，那么二極管泵設(shè)備在5年內(nèi)成本將少于電子管泵設(shè)備。” 
另一項(xiàng)進(jìn)展是用一種激光光源可以同步印制兩個(gè)制件。外加一種變形頭和一臺(tái)程序化的光束分離器，用相同的信息，一臺(tái)激光機(jī)可同時(shí)印制兩個(gè)零件。Schlather指出，這種類型的設(shè)備可用于不移動(dòng)制件的較大面積或大量制件的印制。 

在不斷流行的二氧化碳激光設(shè)備方面費(fèi)用是一個(gè)關(guān)鍵因素。一整套二氧化碳交鑰匙設(shè)備售價(jià)在25000～35000美元之間，而一臺(tái)電子管泵送或二極管泵送的Nd∶YAG設(shè)備售價(jià)在60000～75000美元之間。 

二氧化碳激光機(jī)蝕刻塑料表面，通過蒸發(fā)清理材料，得到的是對(duì)比的印標(biāo)，但很少或幾乎沒有真正的顏色變化。適宜于采用二氧化碳激光機(jī)印制的塑料有PVC、ABS和大多數(shù)聚酯。云母填充的商用樹脂如PP用二氧化碳激光機(jī)標(biāo)記時(shí)產(chǎn)生起霜的灰白印標(biāo)。盡管二氧化碳機(jī)的輸出功率可以達(dá)到200W，但用于印標(biāo)塑料最通用的范圍是10～25W，有時(shí)是50W。