Лазеры и Аппаратура ТМ

Лазерная маркировка и гравировка

Гравировка сувенирной продукции

Преимущества лазерной маркировки по сравнению с другими методами нанесения: высокие скорости, отсутствие расходных материалов и механического контакта с изделием при минимальном термическом, прецизионность, высокая стойкость и контрастность, возможность маркировки в труднодоступных местах. Компьютерное управление с современным программным обеспечением, применяющееся в лазерных системах, позволяет создавать исполняемые файлы в различных графических или технологических редакторах, использовать различные шрифты и графику, проводить автонумерацию и кодирование изделий при маркировке, встраивать оборудование в автоматические линии.

Идея лазерной маркировки
Сфокусированный лазерный луч, воздействуя на материал, частично отражается от поверхности, а частично поглощается обрабатываемым материалом. Вследствие поглощения в материале начинает действовать интенсивный источник тепла. Нагрев поверхности при лазерном воздействии происходит лишь в локальной области, граниченной размерами лазерного пятна. При этом прилегающие области практически не нагреваются и коробления или иных нарушений формы маркируемой детали не происходит. В результате нагрева, в зависимости от интенсивности воздействия, может происходить изменение цвета, вспенивание, плавление или испарение поверхности материала, образование оксилов, карбонизация поверхности и т.п., из-за чего возникает нестираемое пятно (канавка), которое визуально воспринимается как светлая или темная точка на поверхности материала. Перемещая лазерное пятно по поверхности (или деталь относительно лазерного пятна) по командам от компьютера, можно наносить сколь угодно сложные нестираемые графические изображения. Лазерная маркировка может быть нанесена на любое изделие практически из любого материала, включая металл, керамику, стекло, бумагу, дерево, пластик и т.п., важно лишь выбрать тип оборудования, обеспечивающего необходимую интенсивность воздействия лазерного луча на соответствующий материал. Интенсивность воздействия для конкретного материала, зависит прежде всего от параметров лазера и оптической системы: длины волны лазерного излучения, энергетических, временных, пространственных параметров излучения, и параметров кинематической системы, определяющих скорость перемещения лазерного пятна относительно детали.

Лазеры
Таблица 1 иллюстрирует интенсивность воздействия лазеров с различными длинами волн на наиболее распространенные материалы. В диапазоне 10 мкм для лазерной маркировки используются СО2 лазеры (длина волны излучения 10,6 мкм); в диапазоне ближнего инфракрасного излучения (1 мкм) – твердотельные и волоконные лазеры; в видимой и УФ областях спектра – газовые и твердотельные лазеры и лазеры на парах металлов.

Промышленные системы для маркировки
Для маркировки дерева и древесных материалов, пластмассы, оргстекла и т.п. широкое распространение получили маркировщики (маркеры, граверы) с СО2 лазерами. На российском рынке это оборудование, как правило, представлено импортными моделями производства Тайваня, Китая, Австрии, а также рядом моделей российских производителей.
Для маркировки металлов и других видов материала (см. таблицу 1) на российском рынке преобладают модели отечественных производителей. Среди предлагаемых моделей наибольшим спросом пользуются маркировщики на Nd:YAG лазерах (длина волны излучения 1,06 мкм) с ламповой непрерывной накачкой. Это оборудование по техническим параметрам ничем не уступает зарубежным аналогам, однако поставляется по более низким ценам. С лазерами с ламповой накачкой конкурируют системы на основе твердотельных лазеров с диодной накачкой. В последние годы российские фирмы начали промышленное производство моделей таких систем, вполне конкурентоспособных с зарубежными аналогами. На рынке появились твердотельные волоконные лазеры, обладающие рядом преимуществ поудельной мощности, весо-габаритным и эксплуатационным параметрам по сравнению с лазерами с ламповой и диодной накачкой. Основные производители таких маркировщиков – ООО НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ» (серия МЛ2), ООО «Лазерный Центр» (модели БетаМар-кер 2010, МиниМаркер-М10) и Центр лазерных технологий (модели Бета-МАРК 2000 и 2005, Дмарк06), ООО
НПФ «Тета» (Тегра-МЛ) и другие.

Таблица №1

Глубокая гравировка

Все перечисленные типы маркеров на твердотельных и волоконных лазерах генерируют лазерное излучение в виде коротких импульсов с длительностью 10-200 нс и частотой повторения 1-50 кГц. Это позволяет достигнуть высокой мощности в лазерном пятне и нагреть поверхность до температур, достаточных для испарения материала. Однако при высокой мощности одновременно начинается эффективная ионизация светом паров вещества, что приводит к образованию высокотемпературной плазмы. Возникнув, плазма начинает преграждать доступ излучению к глубине поверхности, так как лазерное излучение интенсивно поглощается в плазме. Этот эффект является одной из причин, не позволяющих осуществлять глубокую гравировку (0,1-0,3 мм) металлов при помощи лазеров с короткими импульсами. Для образования глубоких канавок в металле лучше всего подходят импульсные твердотельные лазеры с длиной волны 1,06 мкм, длительностью импульса 0,1-1 мс и энергией в импульсе до единиц Дж. Оборудование для глубокой гравировки предлагает НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ» (лазерные машины серий МЛ1, МЛ3 и МЛ4), ОАО «Туламашзавод» (МЛТ-100), ООО НПФ «Тета» (ТЕГРА-100Г).

В таблице 2 приведены сравнительные данные различных типов лазерных технологических установок с твердотельными и волоконными лазерами для маркировки и гравировки с длиной волны примерно 1 мкм. Из таблицы видно, что установки с волоконными лазерами имеют наилучшие эксплуатационные характеристики. Однако из-за низкой энергии импульсов излучения волоконных лазеров глубина гравировки целого ряда материалов (например, металлов) не превышает нескольких микрон, что недостаточно для многих применений. Установки типа I с лазерами с ламповой импульсной накачкой имеют большую энергию импульса излучения (до 2 Дж). Это позволяет осуществлять глубокую (до 0,2-0,3 мм) гравировку. Однако скорость такой гравировки не превышает ~10 мм/сек. Установки типа II и III имеют одновременно и приемлемую глубину и высокую производительность (скорость), поэтому они получили наибольшее распространение. При сравнении этих типов маркировщиков видно, что установки с диодной накачкой питаются от однофазной сети, не требуют жидкостного охлаждения, имеют низкое энергопотребление, ресурс 5000-7000 часов.

Маркировщики с ламповой накачкой уступают по этим параметрам установкам с диодной накачкой. Кроме того, каждые 500-700 часов требуется замена лампы. При этом следует отметить, что в современных условиях замена лампы не требует высокой квалификации обслуживающего персонала и осуществляется за 15-20 минут, поэтому во многих случаях использование маркеров с ламповой накачкой экономически более выгодно, т.к. их стоимость в 1,5-2 раза ниже, чем стоимость установок с диодной накачкой, а цена одной лампы сравнительно невысока. Приведенный обзор не исчерпывает все методы лазерной гравировки, так как здесь не рассматривалось оборудование, основанное на методе клеймения с использованием масок и другие методы. Однако и приведенный перечень может вызвать растерянность у потребителя из-за необходимости выбора из большого числа предложений. Тем более, что каждый из поставщиков, как правило, рекламирует положительные качества своего оборудования, «забывая» упоминать про ограничения. Однако внимательный анализ показывает, что многообразие предлагаемых моделей и методов не исключает, а дополняет друг друга. Поэтому важно, чтобы потребитель четко представлял себе круг задач, которые он намерен решать, приобретая лазерный маркировщик. Как показывает опыт, при правильном выборе средства, затраченные на приобретение лазерного маркировщика, быстро окупаются.

Таблица №2