Technologia znakowania laserowego sprawdza się w procesie oznaczania bardzo różnorodnych materiałów – od metali i aluminium, przez drewno i szkło, po tworzywa sztuczne – o różnych kształtach i twardości. Jednak tworzywa sztuczne, choć nie należą do materiałów najtwardszych, są w tym wypadku dość problematyczne. Nawet niewielka zmiana w składzie mieszanki może bowiem znacząco zmienić właściwości tworzywa i wpłynąć na jakość i trwałość znakowania laserowego. Dlatego też przed każdym procesem znakowania detal powinien być poddany wstępnym testom w konkretnych warunkach w celu sprawdzenia efektu końcowego.

Laserem można znakować takie rodzaje tworzyw jak np. poliwęglan (PC), polietylen (PE), polipropylen (PP), poliformaldehyd (POM), poliamid (PI), polistyren (PS), poliester (PES) czy silikon. Istnieje jednak też szereg tworzyw, które powinny być obrabiane przy użyciu innych metod, np. mechanicznej grawerki. W procesie znakowania bowiem dochodzi do interakcji promieniowania laserowego z elementami składowymi tworzywa, która może spowodować wydzielanie się szkodliwych dla zdrowia człowieka gazów. Do obróbki laserowej nie nadają się m.in. polichlorek winylu (PCW), winyl, poli-dwubromostyren i teflon (PTFE). Warto też mieć na uwadze, że również inne dodatki wchodzące w skład tworzyw (np. pigmenty, uszlachetniacze czy środki ograniczające palność danego elementu) mogą różnie reagować na kontakt z wiązką lasera.

Przemysł coraz chętniej sięga po laser

Konieczność trwałego oznaczania elementów wykonanych z tworzyw sztucznych – wynikająca np. z potrzeby identyfikacji elementu, zamieszczenia informacji dla konsumentów czy obrandowania – sprawia, że z techniki znakowania laserowego korzysta coraz więcej branż przemysłowych. Doskonałym przykładem jest przemysł motoryzacyjny, w którym przy użyciu tej metody oznacza się wszelkiego rodzaju przyciski i przełączniki, uchwyty, ale też obudowy i szereg innych części samochodowych. Po znakowanie laserowe chętnie sięgają także producenci z branży elektronicznej, aby wykonać oznaczenie np. klawiatur, płytek PCB, telefonów komórkowych i kondensatorów. Znakowarki laserowe coraz częściej znajdują zastosowanie także w przemyśle spożywczym, gdzie służą do znakowania m.in. butelek PET, folii oraz innych rodzajów opakowania z tworzyw sztucznych.

Znakowanie laserowe wykorzystywane jest do nanoszenia wszelkiego rodzaju treści: od znaków alfanumerycznych poprzez różnorodne kody (np. QR, Datamatrix) po logotypy czy inną grafikę.

Więcej zalet niż wad
Rosnąca popularność lasera w procesach znakowania wynika z jego wielu zalet. Przede wszystkim technologia ta zapewnia wysoką jakość, powtarzalność i trwałość – uzyskane znaki odporne są na ścieranie, wysoką temperaturę, środki chemiczne i światło UV. Ponieważ proces przebiega bezstykowo, nie dochodzi do deformacji i zanieczyszczenia powierzchni znakowanego elementu, z drugiej zaś strony nie zużywa się narzędzie znakujące. Jest to również metoda szybka – w zależności od materiału i mocy lasera można uzyskać nawet 250 znaków na sekundę, a wykonanie bardziej skomplikowanych oznaczeń zajmuje najwyżej kilka sekund, także w przypadku małych detali o nierównej powierzchni czy w trudno dostępnych miejscach. Nowoczesne znakowarki laserowe pozwalają na nanoszenie elementów graficznych również na poruszających się detalach i z wysoką rozdzielczością.

Największą wadą tej metody z pewnością jest duży koszt nabycia znakowarki laserowej. Jednak niskie koszty eksploatacyjne i duża wydajność mogą sprawić, że taka inwestycja zwróci się w dość krótkim czasie.

Jak może działać laser
Mówiąc o technologii znakowania laserowego, należy pamiętać, że jest to termin dość ogólny, który obejmuje kilka różniących się między sobą technik znakowania. Wybór zależy od właściwości znakowanego materiału oraz parametrów lasera i emitowanej przez niego wiązki.

Ablacja np. jest stosowana przy znakowaniu plastików wielowarstwowych (laminatów). W procesie tym wiązka laserowa usuwa jedynie wierzchnie warstwy tworzywa (następuje ich odparowanie), pozostawiając nienaruszony materiał podstawowy. Przy odpowiednim kontraście pomiędzy poszczególnymi warstwami powstaje wówczas czytelne oznaczenie.

Do znakowania zaliczamy także grawerowanie przy użyciu promienia lasera. W obrabianym przedmiocie powierzchnia zewnętrzna jest topiona i odparowywana, w wyniku czego powstaje wyczuwalne zagłębienie.

Z kolei w technologii spieniania, która nadaje się do ciemnych tworzyw sztucznych, intensywnie absorbujących promieniowanie laserowe, dochodzi do silnego uplastycznienia powierzchni znakowanego tworzywa i wytworzenia się małych pęcherzyków gazowych, które niemal natychmiast zostają uwięzione w krzepnącym tworzywie. Pęcherzyki te powodują powstanie wybrzuszenia i – w efekcie – jaśniejsze oznakowanie. W procesie odbarwienia wiązka laserowa nie usuwa materiału, ale jest pochłaniania przez odpowiednio modyfikowany chemicznie pigment. Dochodzi wówczas do reakcji i zmiany koloru zarówno w pigmencie, jak i materiale. Powierzchnia tego ostatniego pozostaje idealnie gładka. Metoda ta gwarantuje uzyskanie bardzo wysokiej czytelności naniesionych znaków oraz dużego kontrastu grafiki.

Jeszcze inną metodą jest nawęglanie, podczas której laser podgrzewa materiał do wysokiej temperatury (ok. 100°C), w wyniku czego dochodzi do wydzielenia tlenu i wodoru oraz mieszaniny tych gazów, a na powierzchni tworzywa powstaje ciemniejszy obszar z wysokim stężeniem węgla. Dlatego ta metoda jest skuteczna do znakowania materiałów o jasnych kolorach.

Laser, ale jaki?
Końcowy efekt znakowania laserowego w dużej mierze zależy od rodzaju użytego lasera, a dokładniej od długości emitowanej fali wiązki laserowej. Waha się ona od 355 nm w przypadku promieniowania ultrafioletowego aż do 10,6 nm dla źródeł laserowych CO2.

Laser CO2 jest najtańszym rozwiązaniem i sprawdza się bardzo dobrze w przypadku znakowania bez kontrastu. Z kolei znakowanie przy użyciu laserów UV wywołuje reakcje fotochemiczne – jest to tzw. znakowanie na zimno. Sprawdza się w przypadku tych tworzyw sztucznych, które wymagają np. zabezpieczenia przed ogniem. Wadą tej metody jest jednak znacząco wyższa cena.

Rozwiązaniem często stosowanym są tzw. lasery włóknowe (długość fali 1064 nm) lub „zielone” (532 nm), które umożliwiają znakowanie kontrastowe na części tworzyw sztucznych. Laser włóknowy typu fiber ma podobne właściwości jak lasery typu Nd:YAG, jednak zapewnia wyższa sprawność, niższe koszty eksploatacyjne, większą moc, lepsze parametry wiązki i możliwość chłodzenia powietrzem. Lasery Nd:YAG sprawdzają się natomiast lepiej w niektórych aplikacjach wymagających bardzo wysokiej jakości.

Znakowanie laserowe będzie stosowane coraz powszechniej. Zalety tej technologii to przede wszystkim szybkie i dokładne oznaczanie elementów – coraz bardziej istotne w procesach automatyzacji produkcji oraz systemach magazynowych i logistycznych.