1 Voorwoord
Eind jaren zeventig en begin jaren tachtig verscheen stilletjes een gloednieuwe -nieuwe lasertoepassingstechnologie-lasermarkeertechnologie- op het internationale toneel. De lasermarkeermachine vertegenwoordigt een belangrijke toepassing van laserverwerkingsprincipes; specifiek maakt het gebruik van een bewerkte laserstraal om het oppervlak van een materiaal te bestralen. De lichtenergie wordt onmiddellijk omgezet in thermische energie, waardoor het oppervlaktemateriaal in een oogwenk smelt of zelfs verdampt, waardoor markeringen ontstaan die zijn samengesteld uit tekst, patronen en andere elementen.
2 Toepassingsgebieden en voordelen van lasermarkeren
In de industriële sector heeft er een geleidelijke overgang plaatsgevonden van elektrische verwerking naar het tijdperk van optische verwerking. Lasermarkeermachines zijn zeer veelzijdig, bieden uitstekende resultaten en stabiliteit en hebben daarom een wijdverbreide toepassing gevonden op tal van terreinen. Ze kunnen verschillende metalen materialen-en bepaalde niet-metalen materialen- graveren of permanente,-namaakmarkeringen creëren die uiterst moeilijk te repliceren zijn. Gefaciliteerd door computerinvoer- en uitvoersystemen en door gebruik te maken van een galvanometer-scanmechanisme, bereiken deze machines hoge verwerkingssnelheden. Hun volledig gesloten licht-systeem toont een sterk aanpassingsvermogen aan diverse omgevingsomstandigheden, terwijl hun modulaire interne structuur onderhoud en service vereenvoudigt; ze zijn bijzonder goed-geschikt voor integratie in 'online' productieworkflows. Lasermarkeermachines worden nu op grote schaal gebruikt voor het aanbrengen van handelsmerken, batchnummers, datums, streepjescodes en andere identificatiegegevens op een breed scala aan producten, waaronder verschillende hardwareartikelen, metalen vaten, precisie-instrumenten, auto-onderdelen, elektronische onderdelen, snijgereedschappen, geschenken, uurwerken, sanitaire voorzieningen, brilmonturen, bagagegespen, ritsen, knopen, schoengespen en computertoetsenborden. Figuren 1 en 2 illustreren respectievelijk patronen die zijn gecreëerd via lasermarkering op een magnetische schijf en een gum. Door een lasermarkeerbewerking te ondergaan, kunnen de kwaliteit van producten worden verhoogd en de concurrentiepositie op de markt worden verbeterd.
Lasermarkeren heeft voordelen die vrijwel ongeëvenaard zijn door traditionele methoden (zoals chemisch etsen, machinaal bewerken door elektrische ontlading, mechanisch graveren en printen). Ten eerste maakt het gebruik van numerieke besturingstechnologie (NC)-of directe computerbesturing-waardoor het uitzonderlijk eenvoudig is om de markeerinhoud te wijzigen; Deze mogelijkheid sluit perfect aan bij de hoge-efficiëntie en snelle- eisen van de moderne productie. Ten tweede bereikt het, door een laser als verwerkingsmedium te gebruiken, een voortreffelijke graveerprecisie en wordt tegelijkertijd een brede compatibiliteit met verschillende materialen aangetoond, waardoor zeer ingewikkelde en uitzonderlijk duurzame markeringen op een breed scala aan oppervlakken kunnen worden gemaakt. Omdat het proces ten slotte geen fysiek contact of mechanische kracht met zich meebrengt die op het werkstuk wordt uitgeoefend, zorgt het ervoor dat de oorspronkelijke precisie en integriteit van het werkstuk volledig behouden blijven. Het kan dienen als de laatste fase van het productieproces, waardoor er geen na-afwerking meer nodig is. De verwerkingsmethode is zeer flexibel en kan voldoen aan de eisen van zowel laboratorium-productie, kleine-batchproductie als grootschalige- industriële productie. Bovendien genereert het geen vervuilende stoffen en veroorzaakt het geen milieuvervuiling-een factor van bijzonder belang in de wereld van vandaag, waar milieubescherming steeds meer prioriteit krijgt. Het allerbelangrijkste is dat markeringen die zijn gemaakt met behulp van lasermarkeertechnologie uiterst moeilijk te vervalsen of te wijzigen zijn, waardoor ze robuuste anti-namaakmogelijkheden bieden. Sinds de jaren negentig-dankzij de groeiende volwassenheid van de lasermarkeertechnologie, de voortdurende verfijning van lasermarkeerapparatuur en het steeds diepere inzicht van de markt in deze nieuwe techniek-en grotendeels dankzij de duidelijke voordelen ervan, heeft lasermarkeertechnologie internationaal steeds meer wijdverspreide toepassing gekregen. Met name toen het gerenommeerde Amerikaanse bedrijf Intel zijn nieuwe generatie computer-CPU-chips lanceerde-de Pentium, Pentium Pro en Pentium MMX-gebruikte het lasermarkeertechnologie om markeringen op het oppervlak van elke afzonderlijke chip te schrijven.
3 Classificatie van lasermarkeermachines
Hoe wordt lasermarkeren bereikt? Over het algemeen wordt lasermarkering uitgevoerd onder computerbesturing door relatieve beweging te creëren tussen het werkstuk en de laserstraal; dit zorgt ervoor dat de laserstraal de gewenste symbolen en patronen op het oppervlak van het werkstuk ablateert. Theoretisch gezien kan lasermarkering worden gerealiseerd zolang er een gecontroleerde relatieve beweging tussen de laser en het werkstuk tot stand kan worden gebracht. Het huidige gebied van lasermarkeren omvat dan ook een grote verscheidenheid aan lasermarkeermachines.
Op basis van het feit of de laserstraal stationair of in beweging is, kunnen lasermarkeermachines grofweg in twee typen worden onderverdeeld: vaste-straalsystemen en bewegende-straalsystemen. Zoals de namen al doen vermoeden, gaat het bij de eerste om een stationaire laserstraal met een bewegend werkstuk, terwijl bij de laatste om een bewegende laserstraal met een stilstaand werkstuk gaat. Lasermarkeermachines met een vaste-straal maken doorgaans gebruik van een CNC-gestuurde twee- werktafel om het te markeren werkstuk te manipuleren. Hun voornaamste voordeel zijn hun relatief lage kosten; de nadelen zijn echter even duidelijk: lage markeersnelheden, lagere markeerprecisie, problemen bij het markeren van complexe inhoud zoals foto's, en de uitdaging om deze te integreren in online productielijnen. Lasermarkeermachines met bewegende-straal kunnen verder worden onderverdeeld in verschillende typen, op basis van de specifieke methode van straalmanipulatie; Hoewel elk zijn eigen unieke voor- en nadelen heeft, presteren bewegende-straalsystemen over het algemeen beter dan vaste-straalsystemen. Onder de bewegende-straalsystemen is de op een galvanometer-gebaseerde lasermarkeermachine het beste voorbeeld. Momenteel wordt binnen de internationale lasermarkeergemeenschap algemeen erkend dat, onder de diverse beschikbare machines, het galvanometer-gebaseerde systeem-dankzij de talrijke inherente voordelen-naar voren is gekomen als het reguliere product en wordt beschouwd als de definitieve richting voor de toekomstige ontwikkeling van lasermarkeertechnologie.
Op basis van het gebruikte type lichtbron kunnen lasermarkeermachines ook worden ingedeeld in YAG-lasermarkeermachines en CO2-lasermarkeermachines; deze twee verschillende lichtbronnen zijn geschikt voor het markeren van verschillende soorten materialen. Vanwege verschillen in golflengte zijn CO2-gaslasermarkeermachines beperkt tot het markeren van niet-metalen materialen, terwijl YAG solid-lasermarkeermachines in staat zijn om zowel niet-metalen als metallische materialen te markeren. De belangrijkste verbruiksartikelen voor een CO2-gaslasermarkeermachine zijn het gasmengsel of vervangende laserbuizen; bovendien zijn germaniumlenzen slijtageonderdelen-en-die relatief hoge kosten met zich meebrengen. Het belangrijkste verbruiksartikel voor een YAG-lasermarkeermachine met vaste- toestand is daarentegen de pomplamp (gepulseerde lasers maken gebruik van xenonlampen, terwijl continue-golflasers kryptonlampen gebruiken), wat niet duur is. Als gevolg van de daling van de kosten van halfgeleiderlasers is de afgelopen jaren een nieuw type lasertechnologie ontstaan: halfgeleider-gepompte laserkristallen (zoals YAG), die een laserstraal genereren met een golflengte van 1064 nm. Deze systemen worden gekenmerkt door een onderhoudsvrije, operationele levensduur van 10.000 uur en een compacte footprint, en vereisen in tegenstelling tot traditionele systemen geen grootschalige koelinfrastructuur. Daheng Laser (China) was een pionier op de binnenlandse markt en ontwikkelde met succes de eerste halfgeleider-gepompte YVO4-lasermarkeermachine; deze technologie heeft een geavanceerde internationale standaard bereikt en is sindsdien een gestandaardiseerd, gevestigd product geworden.
4 Selectie van lasermarkeermachines
Lasermarkeersystemen maken gebruik van laserenergie om markeringen op een substraat te creëren; de feitelijk geproduceerde effecten kunnen echter drastisch variëren, afhankelijk van factoren zoals het gebruikte type laser en de inherente eigenschappen van het substraatmateriaal. Continu-CO2-golflasers creëren bijvoorbeeld doorgaans markeringen door oppervlakteablatie (etsen); gepulseerde transversaal geëxciteerde gaslasers met atmosferische-druk (TEA) zorgen voor markering door middel van carbonisatie; excimerlasers zijn afhankelijk van fotochemische reacties; terwijl Nd:YAG-lasers thermochemische reactiemethoden gebruiken.
Elke specifieke toepassing presenteert een unieke reeks prestatie-eisen; bijgevolg kan de selectie van een lasersysteem niet willekeurig worden gemaakt. Voor ontwerpers van lasermarkeersystemen ligt de cruciale uitdaging in het selecteren van de meest geschikte lasergolflengte en optische configuratie voor elk gegeven substraatmateriaal om de creatie van een ideale, hoogwaardige markering- te garanderen. De sleutel tot succesvol lasermarkeren ligt in de strikte toepassing van de "6-Sigma"-methodologie. In de context van het markeren van plastic moeten ontwerpers bijvoorbeeld zowel de chemische samenstelling van het materiaal als het gietproces grondig analyseren om een uniforme verspreiding van additieven te garanderen en de uitgebreide integratie van kwaliteitscontroletechnologieën, zoals machine vision-systemen, te vergemakkelijken.
Beam-bestuurbare Nd:YAG- en CO2-lasersystemen blijven tot op heden de meest ideale oplossingen voor lasermarkeertoepassingen. Een illustratie van de fysieke configuratie van een Nd:YAG-lasermarkeermachine is te vinden in Figuur 3. Een typisch systeem maakt gebruik van een paar scanspiegels om de laserstraal te sturen en deze door een objectieflenssysteem te sturen om precies op het doeloppervlak te focussen; deze spiegels voeren hun scanbewegingen strikt uit volgens de commando's van de besturingscomputer. Andere lasers-zoals gepulseerde transversaal geëxciteerde atmosferische-drukgaslasers-maken gebruik van maskermarkering, terwijl CO2-laserdot-matrixmarkeringssystemen ook een plaats innemen binnen de markeerindustrie.
