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光纤激光打标机高级塑料的打标丨海洲智能

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                                  光纤激光打标机高级塑料的打标丨海洲智能

            

塑料的激光打标工艺。这样做的显著优势包括打标速度快、对比度出色以及降低成本等。新型的化学添加剂采用"在线飞行"和二次加工手段均能够打造出墨黑、浅色以及自定义等色彩对比效果。设计用于经济实惠型的掺镱光纤激光器、如今嵌入式的无墨激光打标都正取代传统的轮转凹印和移印工艺。

  产品应用

  包括尼龙、聚对苯二甲酸乙酯(PET)、聚碳酸酯、聚烯烃、聚氯乙烯(PVC)、苯乙烯、热塑性弹性体(TPUs)和热塑性聚氨酯(TPEs)等在内的明亮型、半透明型和不透明的有色聚合物均是使用非重金属、以及经FDA/欧洲食品安全局(EFSA)批准的添加剂配制而成的,以实现高对比度的打标质量(图1)。聚合物的清晰度、光谱透射和基本的物理性能不会受到影响。非接触式的数字激光打标取代了昂贵的不干胶标签和油墨化学印刷工艺。其结果是在实际应用中实现了成本效益、环保以及卓越的美学吸引力等目标。

  聚合物激光打标的反应机理

  在配制用于近红外(NIR)激光器(波长为1060–1080nm)的激光化学添加剂的过程中所取得的进展是这些化学添加剂与掺镱光纤激光器、钒酸盐激光器和YAG激光器实现的兼容性。大多数聚合物在无化学添加剂的情况下不具备近红外吸收性能,能够使用激光器进行打标的聚合物是那些可以吸收激光并将其从光能转移为热能的聚合物。专家利用添加剂、填料、颜料和染料来提高激光能量的吸收,以实现局部颜色的变化。而考虑到所需的打标对比度和功能性,会使用到截然不同的化学配方和激光光学装置/设置参数。

  最常见的表面反应机理被称为热化学“碳化”或“炭化”,在此情况下,基材吸收的能量会将吸收部位周边材料的局部温度升高到足以引发聚合物产生热降解作用的程度。打标标记的暗度或亮度取决于吸收的能量以及材料独特的热降解途径。通过优化激光器的设置,能够将表面的碳化残余物控制在最低量。

  激光添加剂

  近红外激光添加剂能够改善对比度,这可以通过改变激光器的参数设置后得到进一步的深化。聚合物具有能够产生“深色”或“浅色”的标记对比度的固有特性。某些含低量二氧化钛(TiO)和炭黑的着色剂化合物也可以吸收激光,并且在特定情况下能够改善标记的对比度。每种聚合级,即使属于相同的聚合系列(族),均可以产生不同的结果。添加剂配方绝不能具有毒性,或对产品的外观、物理或功能特性产生不利的影响。

  与油墨印刷工艺(移印/丝网印刷和喷墨印刷)相比,激光添加剂更加节省成本;另外,与非优化型的材料相比,其打标速度要高出20%。激光添加剂以颗粒和粉末形式供应,颗粒产品可以直接与聚合物树脂混合,而粉末形式的激光添加剂被转换为母料。大多数的激光添加剂在聚合物中具有很好的分散性。基于添加剂和聚合物,按重量计算的加载浓度水平通常介于0.01%至4.0%的范围内。

  颗粒型和粉末型的激光添加剂都可以与预混色材料或色母料进行混合。选择哪种添加剂进行混合取决于聚合物成分、基材颜色、所需的标记对比色以及最终的认证要求。针对挤出、注塑和热成型操作而言,预着色的混合材料或色母料会产生更好的均匀性,应尽量避免手工搅拌(混合)。模流和浇口类型/浇口位置是重要的因素。激光添加剂在每个部分的均匀分布/分散是实现最佳打标性能的关键。

  一些添加剂含有掺锑氧化锡和三氧化锑的混合物,会赋予天然(未着色的)基材(不具透明性)一种“浅灰色”的色调。其它添加剂可能含有铝粒子、混合金属氧化物和专有化合物。使用颜色和染料对颜色进行调整后,以实现最终的外观配色。市售的特殊型添加剂(也可用于激光焊接)已经获得FDA核准,可用于食品接触或食品包装使用(符合FDA法规21CFR178.329:用于聚合物的着色剂标准)。对于欧盟而言,也有类似的合规性声明。聚合物类型、负载水平阈值以及直接或间接接触等方面的认证条件具有明确性和具体性。

“在线飞行”激光打标

  “在线飞行”激光打标是最为专业化的一种激光应用技术,主要被用于电线/电缆、管状物和管道等模制和挤压产品。聚烯烃合成酒瓶塞子以及无底纸的饮料瓶盖上的盖帽促销的字母数字文本和图形(图4)的打标速度能达到2000件/分钟。文本和机器视觉编码的线性打标速度能达到152.4米/分钟甚至更快,如今,无墨激光打标正在取代传统的旋转凹印和移印工艺。

  打标速度是函数中诸多变量因素中的一个,这些变量包括聚合物类型、基材颜色、激光添加剂类型和负载水平、电缆尺寸(重量)、激光器类型和功率、软件、文字数字式字符的数量、文字高度、文本字符串的长度,字符间的间隔、条码/数据矩阵、标识/图形、single-stroke或true-type填充字体、填充方向、连续或重复的文字。使用调配合适的添加剂着色剂将确保标记表面的“功率密度”不会成为限制因素。相反,光束引导的电流计将在最大速度下运行。

  基于影响“在线飞行”打标生产能力的成因非常复杂,必须对每种应用进行精确的检查。可以推断的规则,即便存在也是鲜有的。然而,对于一般用途,可以考虑以下的尼龙聚合物的示例:其涉及到一款50W功率的光纤激光器、254毫米的平场透镜、100个字母数字字符、2毫米的高度、重复文本字符串的长度为14.68英寸,以及0.232秒的打标时间。计算出的速度大约为315线英尺/分钟。

  激光装备系统

  激光器制造商在其激光系统中所融入的硬件和软件构件会使激光打标的对比度、质量和速度呈现出显著差异。一个主要属性是标记表面(这不同于激光器的原始输出功率)的功率密度(W/cm2)。激光束的输出模式对于打标性能而言尤为重要。这些输出模式涉及的因素包括穿过激光束直径范围的光束的发散度与功率分布。


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