1 Předmluva
Koncem 70. a začátkem 80. let se na mezinárodní scéně v tichosti objevila zbrusu-nová technologie laserových aplikací-technologie laserového značení-. Laserový značkovací stroj představuje významnou aplikaci principů laserového zpracování; konkrétně využívá zpracovaný laserový paprsek k ozařování povrchu materiálu. Světelná energie se okamžitě přemění na tepelnou energii, což způsobí, že se povrchový materiál v okamžiku roztaví nebo dokonce vypaří, čímž se vytvoří značky složené z textu, vzorů a dalších prvků.
2 Oblasti použití a výhody laserového značení
V průmyslovém sektoru došlo k postupnému přechodu od elektrického zpracování k éře optického zpracování. Laserové značkovací stroje jsou vysoce univerzální, nabízejí vynikající výsledky a stabilitu, a proto našly široké uplatnění v mnoha oblastech. Dokážou gravírovat různé kovové materiály-i určité -nekovové materiály-nebo vytvářet trvalé značky proti-padělkům, které je velmi obtížné napodobit. Tyto stroje, usnadněné počítačovými vstupními a výstupními systémy a využívající galvanometrový skenovací mechanismus, dosahují vysokých rychlostí zpracování. Jejich plně uzavřený světelný-systém prokazuje silnou přizpůsobivost různým podmínkám prostředí, zatímco jejich modulární vnitřní struktura zjednodušuje údržbu a servis; jsou obzvláště vhodné-pro integraci do „online“ produkčních pracovních postupů. Laserové značkovací stroje jsou nyní široce využívány pro aplikaci ochranných známek, čísel šarží, dat, čárových kódů a dalších identifikátorů na širokou škálu produktů, včetně různých hardwarových položek, kovových nádob, přesných nástrojů, automobilových součástek, elektronických součástek, řezných nástrojů, dárků, hodinek, sanitárních zařízení, obrouček brýlí, přezek na zavazadla, zipů, knoflíků, přezek na boty a počítačových klávesnic. Obrázky 1 a 2 znázorňují vzory vytvořené pomocí laserového značení na magnetickém disku a gumě. Zpracováním laserového značení lze produkty pozvednout v kvalitě a zvýšit konkurenceschopnost na trhu.
Laserové značení má výhody, které jsou prakticky nesrovnatelné s tradičními metodami (jako je chemické leptání, obrábění elektrickým výbojem, mechanické gravírování a tisk). Za prvé využívá technologii numerického řízení (NC)-nebo přímé počítačové řízení-, díky čemuž je mimořádně snadné měnit obsah označení; tato schopnost je dokonale v souladu s vysokou-efektivitou a rychlým-tempem moderní výroby. Za druhé, použitím laseru jako zpracovatelského média dosahuje vynikající přesnosti gravírování a zároveň prokazuje širokou kompatibilitu s různými materiály, což umožňuje vytváření vysoce složitých a výjimečně odolných značek na široké škále povrchů. A konečně, protože proces nezahrnuje žádný fyzický kontakt nebo mechanickou sílu vyvíjenou na obrobek, zajišťuje, že původní přesnost a integrita obrobku jsou plně zachovány. Může sloužit jako konečná fáze výrobního procesu, čímž eliminuje potřebu dokončovacích operací po-označení. Jeho způsob zpracování je vysoce flexibilní a dokáže vyhovět požadavkům jak laboratorního-stylu,-sériové výroby, tak velkosériové{12}}průmyslové výroby. Kromě toho neprodukuje žádné znečišťující látky a nezpůsobuje žádnou kontaminaci životního prostředí{14}, což je v dnešním světě, kde je ochrana životního prostředí stále více prioritou, obzvláště významný faktor. A co je nejdůležitější, značení vytvořená pomocí technologie laserového značení je extrémně obtížné padělat nebo pozměnit, a proto nabízí robustní{16}}možnosti proti padělání. Od 90. let 20. století-v důsledku rostoucí vyspělosti technologie laserového značení, neustálého zdokonalování zařízení pro laserové značení a prohlubujícího se porozumění trhu této nové technice-a především díky svým jedinečným výhodám se technologie laserového značení stále více používá v mezinárodním měřítku. Když renomovaná americká společnost Intel uvedla na trh svou novou generaci počítačových CPU čipů-Pentium, Pentium Pro a Pentium MMX-, využila technologii laserového značení k vyrytí značek na povrch každého jednotlivého čipu.
3 Klasifikace laserových označovacích strojů
Jak se dosahuje laserového značení? Obecně řečeno, laserové značení se provádí pod kontrolou počítače vytvořením relativního pohybu mezi obrobkem a laserovým paprskem; to způsobí, že laserový paprsek odstraní požadované symboly a vzory na povrch obrobku. Teoreticky, pokud lze mezi laserem a obrobkem vytvořit řízený relativní pohyb, lze realizovat laserové značení. V důsledku toho současná oblast laserového značení zahrnuje širokou škálu laserových značkovacích strojů.
Na základě toho, zda je laserový paprsek stacionární nebo v pohybu, lze stroje pro laserové značení obecně rozdělit do dvou typů: systémy s pevným-paprskem a systémy s pohyblivým-paprskem. Jak názvy napovídají, první zahrnuje stacionární laserový paprsek s pohybujícím se obrobkem, zatímco druhý zahrnuje pohybující se laserový paprsek se stacionárním obrobkem. Laserové značkovací stroje s pevným-paprskem obvykle využívají CNC-dvourozměrný{6}}pracovní stůl řízený k manipulaci s označovaným obrobkem. Jejich hlavní výhodou je relativně nízká cena; jejich nevýhody jsou však stejně zřejmé: pomalá rychlost značení, nižší přesnost značení, potíže s označováním složitého obsahu, jako jsou fotografie, a problém integrace do online výrobních linek. Laserové značkovací stroje-s pohyblivým paprskem lze dále rozdělit na různé typy podle konkrétní metody manipulace s paprskem; i když každý má své vlastní jedinečné výhody a nevýhody, systémy s pohyblivým{10}paprskem obecně předčí systémy s pevným{11}}paprskem. Mezi systémy s pohyblivým paprskem vyniká laserový značkovací stroj na bázi galvanometru{14}}jako prvotřídní příklad. V současné době je v mezinárodní komunitě pro laserové značení široce uznáváno, že mezi rozmanitou řadou dostupných strojů se galvanometr-systém založený-díky svým četným inherentním výhodám-prosadil jako hlavní produkt a je považován za definitivní směr budoucího vývoje technologie laserového značení.
Na základě typu použitého světelného zdroje lze laserové značkovací stroje také rozdělit na laserové značkovací stroje YAG a laserové značkovací stroje CO2; tyto dva odlišné světelné zdroje jsou vhodné pro značení různých typů materiálů. Kvůli rozdílům ve vlnové délce jsou laserové značící stroje CO2 omezeny na značení ne-kovových materiálů, zatímco pevnolátkové{4}}laserové značící stroje YAG jsou schopny značit jak ne-kovové, tak kovové materiály. Primárním spotřebním materiálem pro laserový značkovací stroj CO2 je směs plynu nebo náhradní laserové trubice; germaniové čočky jsou navíc opotřebitelné-a{9}}části, které jsou relativně drahé. Naproti tomu hlavním spotřebním materiálem pro pevnolátkový laserový značkovací stroj YAG{11}}je pumpová lampa (pulzní lasery využívají xenonové lampy, zatímco lasery s kontinuální vlnou{12}}využívají kryptonové lampy), která je levná. V posledních letech se díky poklesu nákladů na polovodičové lasery objevil nový typ laserové technologie: polovodičové -pumpované laserové krystaly (jako YAG), které generují laserový paprsek o vlnové délce 1064 nm. Tyto systémy se vyznačují-bezúdržbovou provozní životností 10 000 hodin, kompaktními rozměry a-na rozdíl od tradičních systémů-nevyžadují-rozsáhlou chladicí infrastrukturu. Daheng Laser (Čína) byl průkopníkem na domácím trhu a úspěšně vyvinul první polovodičový-pumpovaný laserový značkovací stroj YVO4; tato technologie dosáhla pokročilého mezinárodního standardu a od té doby se stala standardizovaným a zavedeným produktem.
4 Výběr laserových značkovacích strojů
Laserové značkovací systémy využívají laserovou energii k vytváření značek na substrátu; skutečné vytvořené efekty se však mohou drasticky lišit v závislosti na faktorech, jako je typ použitého laseru a inherentní vlastnosti materiálu substrátu. Například CO2 lasery s kontinuální{1}}vlnou obvykle vytvářejí značky prostřednictvím povrchové ablace (leptání); pulzní příčně excitované atmosférické-tlakové (TEA) plynové lasery dosahují značení karbonizací; excimerové lasery se spoléhají na fotochemické reakce; zatímco Nd:YAG lasery využívají metody termochemické reakce.
Každá konkrétní aplikace představuje jedinečný soubor požadavků na výkon; v důsledku toho nelze výběr laserového systému provádět libovolně. Pro konstruktéry laserových značkovacích systémů spočívá kritická výzva ve výběru nejvhodnější vlnové délky laseru a optické konfigurace pro jakýkoli daný materiál substrátu, aby bylo zajištěno vytvoření ideální značky vysoké-kvality. Klíč k úspěšnému laserovému značení spočívá v důsledném uplatňování metodiky „6-Sigma“. Například v souvislosti se značením plastů musí konstruktéři důkladně analyzovat jak chemické složení materiálu, tak proces jeho formování, aby zajistili rovnoměrné rozptýlení přísad a usnadnili komplexní integraci technologií kontroly kvality, jako jsou systémy strojového vidění.
Paprskem-řiditelné laserové systémy Nd:YAG a CO2 zůstávají dosud nejideálnějšími řešeními pro aplikace laserového značení. Ilustraci fyzické konfigurace Nd:YAG laserového značkovacího stroje lze nalézt na obrázku 3. Typický systém využívá pár skenovacích zrcadel k řízení laserového paprsku, který jej směruje přes systém čoček objektivu, aby se přesně zaostřil na cílový povrch; tato zrcadla provádějí své skenovací pohyby přesně v souladu s příkazy vydanými řídicím počítačem. Jiné lasery,-jako jsou pulsní příčně buzené atmosférické-lasery s tlakovým plynem-využívají značení pomocí masky, zatímco systémy bodového značení CO2 laserem-také mají své místo v odvětví značení.
