Који су трендови и иновације ласерског обележавања вредни пажње за 2023. годину?

Од средине{0}}а, ласери се користе за прављење ознака, гравирање и сечење. Прва светска машина за ласерско обележавање развијена је 1965. године, када је била будућност бушења рупа у калупима за производњу дијаманата, а технологија је касније добила брз развој.
Рано увођење ЦО2 ласера ​​за обележавање догодило се 1967. године, а технологија је достигла зрелост средином -1970а кроз комерцијализацију савремених ЦО2 ласерских система. И од тада, ласерски системи за обележавање постали су ослонац у широком спектру индустрија са применама у распону од ваздухопловства до производње медицинских уређаја, фармацеутских производа и малопродаје.
Који су неки значајни трендови и иновације ласерског обележавања за 2023. годину?
Панасониц представља оперативну демонстрацију своје 3Д машине за прецизно ласерско обележавање кратких импулса (слика кредит: Панасониц)
Упркос томе што се такмиче са другим технологијама као што је инкјет штампа, ласери су означени као моћна, јефтина и поновљива технологија производње обележавања. Важно је да је процес еколошки прихватљив и не захтева потрошни материјал (као што су мастило, кертриџи и папир).
Данас се системи за ласерско обележавање више не ослањају само на ЦО2 ласере; други, као што су ласери са влакнима и Нд:ИАГ извори светлости у чврстом стању, нуде мање површине, ниже трошкове одржавања и ефикасне алтернативе. Напредак у технолошким могућностима је такође евидентан. Најбрже комерцијалне машине за ласерско обележавање сада могу да обрађују десетине хиљада делова на сат.
Док је еволуција технологије ласерског обележавања била брза, произвођачи и корисници система за ласерско обележавање сада траже нове путеве за унапређење технологије обележавања како би одговорили на нове изазове и побољшали резултате обраде.
Тренд 1: Ласерско обележавање керамичких кола
Ови изазови потичу од нових материјала који се обрађују и нових апликација које треба да се опслужују – свака покреће потребу за растом и иновацијама док обликује тржиште за развој ласерских система.
Керамика је, на пример, један од најбрже растућих материјала у ласерској обради, а овај материјал је посебно важан у производњи полупроводничких делова и штампаних плоча. Често се називају „мајком свих производа електронских система“, штампане плоче (ПЦБ) су компонента која се користи у готово свим електронским производима, а мале промене у развоју ПЦБ-а имају значајан утицај на тржишне трендове.
Последњих година, фокус се померио на употребу керамике у конвенционалним штампаним плочама (ПЦБ), које су направљене од пластичних епоксидних смола као што је ФП4. Керамичке плоче нуде одличну термичку обраду, једноставне су за имплементацију и пружају супериорне перформансе у поређењу са не-керамичким штампаним плочама. Међутим, многе технике обележавања – као што је обрада екрана – нису погодне за керамику. Означавање керамике мастилом је гломазно, захтева неколико потрошних материјала и није отпорно на хабање. Кртост и тврдоћа керамике их такође чине једним од материјала које је теже означити.
Као резултат тога, ласери су постали истакнути последњих година као алтернатива технологији штампања мастилом, а многе ласерске компаније су развиле системе посебно погодне за обележавање керамике, као што су УВ ласери са пумпом у чврстом стању, као и конвенционални ЦО2 ласери.
„Ово дефинитивно укључује тренд ка минијатуризацији“, каже Ендру Меј, директор компаније за ласерско обележавање ЕС Прецисион. Међутим, он наглашава да увођење нових тржишних трендова такође захтева време: „Да ли сваке недеље постоји нова апликација? Не. Али пре 15 година никада нисмо обележавали минијатурну керамику, а сада јесмо“.
Тренд 2: Флексибилнији материјали, облици и величине
Међутим, упркос брзом расту, керамички маркери за електронику тренутно нису највеће тржиште компаније ЕС Прецисион. „Највећа индустрија за нас су медицински уређаји“, каже Ендру Меј, „затим аутомобилске, електронике и опште инжењерске компоненте. Опсег потребних производа увелико варира у зависности од индустрије и индустрије о којој је реч“.
Компанија има осам ласерских система (од којих је пет на Галв погон) који пружају услуге обележавања за широк спектар примена. Због тога, и зато што компанија увек добија нове купце са прилагођеним потребама - Меј наглашава да је за ЕС Прецисион способност флексибилности кључна.
Као резултат, користи ласере погодне за обележавање различитих материјала, облика и величина, као и различитих величина серија. Опсег маркера које може да понуди је такође разнолик као и база купаца, са ласерима који могу да произведу све, од кодова до графике и матрица података - све великом брзином и са високом поновљивошћу.
Стога је брига за ову флексибилност неопходна за произвођаче ласерских маркера као што је Блухм Системе, каже Антоанетте Ауфдермауер, уредница компаније, која стално прати тржиште и развија своје производе у складу са тим.
Његови системи за обележавање укључују гасне, фибер и ласере у чврстом стању, укључујући ЦО2 и ИАГ системе. Ласерски маркери пулсирају и раде у опсегу таласних дужина од 0.355 μм до 10,6 μм. Сваки ласер има своје карактеристике и неке сличности: ЦО2 ласери се могу користити за обележавање пластике, гуме, папира и фолија; фибер ласери су корисни за обележавање челика и неких пластичних маса; и ИАГ ласери су погодни за обележавање метала и керамике. Унапред детаљно тестирамо све материјале наших купаца у нашој ласерској лабораторији“, каже Ауфдермауер.
Преносивост је такође важна да би се обезбедила флексибилност у операцијама ласерског обележавања, што је идеално за индустријске купце, каже Ауфдермауер. Из тог разлога, најновији производ компаније Блухм Системе, "Лигхтворк", има ласер са влакнима од 20 В у компактној радној станици која се лако може преместити у производно окружење. Систем производи "трајне, оштре и заштићене" ознаке на металима и пластици.
Тренд 3: Растућа потражња за следљивошћу компоненти
Други важан тренд у области ласерског обележавања је осигурање и усавршавање следљивости – индивидуална идентификација производа помоћу јединствене идентификационе ознаке на његовој површини. Ово означавање може имати много облика, али све популарнија и важнија је употреба матрица података као што су дводимензионални кодови (КР кодови).
Означавањем појединачног производа сопственим јединственим кодом матрице података, може се лако идентификовати на ненаметљив начин са кључним детаљима као што су произвођач, број серије и животни век. Ово обезбеђује гаранцију квалитета: потрошачи и корисници могу одредити тачно порекло производа. Ово осигурање квалитета ствара директну везу између потрошача и произвођача и даје додатну вредност производу, омогућавајући им да се такмиче са нижом производњом.
Због своје невероватне прецизности, ласер је идеално погодан за писање детаљних кодова величине чак 200 μм – премали да би га неко у пролазу видео, али се лако проверава паметним телефоном да ли особа зна своју локацију. У таквим величинама, матрице података се могу користити у сврхе борбе против фалсификовања, што олакшава проверу аутентичности висококвалитетне робе на ненаметљив начин. Ово има огроман утицај на фармацеутску индустрију јер је начин да се осигура да се лекови као што су таблете не производе и дистрибуирају на превару.
Следљивост компоненти такође игра важну улогу када се користи као доказ у парници. На пример, ако неко има медицинску трансплантацију и трансплантација не успе, следљивост им омогућава да тачно знају шта је пошло наопако, где је пошло наопако и у којој серији је пошло по злу. Ово свакако повећава ефикасност у стварима попут опозива производа, али такође даје купцу већу аутономију. Можда није очигледно, али како друштво постаје све више заинтересовано за судске спорове, технологија која може побољшати судске пресуде мораће да иде у корак.
Следљивост такође доприноси још једном тренду у производњи: побољшању одрживости животне средине и смањењу еколошког утицаја. Праћењем производа да би знали када поквари, или знајући када достигне крај свог животног циклуса, произвођачи су у могућности да проактивно замене и рециклирају. То такође значи да се производи могу вратити на реновирање како је предвиђено, тако да мање опреме може завршити на депонијама.
Међутим, тренутни системи означавања матрице података суочавају се са многим изазовима. Одређени материјали отежавају руковање - посебно стакло и полимери, као и танки метали и фолије. Означавање такође мора бити трајно и стабилно, а систем мора бити у стању да прихвати широк спектар величина производа.
Посебан изазов за неке ласерске маркере представља обележавање на непланарним површинама. Инкјет штампачи су још увек бројнији од ласерских система у овој области. Као резултат тога, системски инжењери раде на превазилажењу ових изазова. На пример, Ласерак, произвођач ласерских система за обележавање, нуди ЦО2 и ласере са влакнима са просечном снагом од 20-500 В и променљивим временом циклуса, опремљене оптиком за фокусирање са аутоматским подешавањем за употребу на 3Д површинама, која се може подесити до закривљености предмета. Да би се узеле у обзир површине непознате геометрије, Ласерак-ови системи користе систем аутофокуса који прво скенира 3Д површину, а затим подешава фокус ласера ​​током процеса обележавања.
Међутим, неравне површине нису једини изазов са којим се суочавају произвођачи система за ласерско обележавање. Др Флорент Тибо, извршни директор компаније КиОВА, произвођача решења за ласерско обележавање, објашњава: „У многим случајевима, решења за обележавање која су стандардизована на глобалном нивоу, као што је инкјет, нису у стању да испуне захтеве потребне за обезбеђивање специфичних ознака за сваки производ. Тренутно је уобичајена употреба ласера ​​већ доступна као континуирана метода, баш као и употреба оловке. Међутим, ово није довољно брзо – морамо пронаћи решење које балансира обим производње и тачност."
На секвенцијално обележавање утиче чињеница да ласерско обележавање мора да се мења за сваки производ, тако да је кључна технологија обележавања која се може прилагодити за сваки производ. Произвођачи захтевају изузетно високу пропусност – обележавање се мора прилагодити и брзина обележавања мора бити висока – а то чак ни не узима у обзир потешкоће у преради одређених материјала као што су стакло или полимери.
Да би решио овај проблем, КиОВА је патентирала своју ВУЛК1 технологију, која је освојила награду за иновацију ласерских система на овогодишњем Ласер Ворлд Пхотоницс Индустриал Продуцтион Енгинееринг, која се не опредељује за метод који користи један, континуирани сноп светлости (као што то чине традиционални системи обележавања ). Уместо тога, користи стотине светлосних снопова да би произвео ефекат попут печата – генеришући цео код матрице података у трену. Метода која се користи за производњу овог јединственог печата је динамичко обликовање снопа, које се постиже коришћењем компоненти као што је просторни модулатор светлости (СЛМ). СЛМ је у стању да се прилагоди на основу сваког снимка како би створио зраке са јединственом структуром.
Док друге технологије ласерског обележавања могу дати предност високим стопама понављања за високу пропусност, КиОВА користи веће енергије импулса и паралелну обраду за боље резултате.
Тхибаут каже: „Ово решење за обележавање попут печата откључава огроман потенцијал продуктивности за 2Д обележавање бар кодом и једноставно је за имплементацију.“
На пример, његова технологија може да се користи за обележавање ПВЦ медицинских делова са 570-μм широким кодом матрице података брзином од 77,000 на сат. Остали материјали које систем може означити укључују алуминијум обложен ХДПЕ полимером; натријум-кречно стакло; боросиликатно стакло, чисто злато и епоксидни композит.
Тхибаулт додаје: „Величине узорака могу бити мале и до 100 μм, уз одржавање савршено јасне читљивости, чак и када се означавају у правој линији, јер су све тачке означене истовремено.“ Штавише, пошто не мора да се ослања на високе фреквенције понављања, КиОВА може да прави системе користећи готове инфрацрвене и зелене Нд:ИАГ ласере са фреквенцијом понављања од око 20-30 Хз, обезбеђујући да њени системи остану што је могуће исплативије.
Тренд #4: Ултрабрзи ласери претварају стакло у складиште података
Још једна узбудљива нова област ласерског обележавања: складиштење података. Истраживачи тврде да могу произвести ефикасне системе за складиштење података користећи ултрабрзе ласере за кодирање података у стаклене/кристалне медије. Подаци се чувају у стаклу/кристалу у облику микроаблације, и када се једном произведу, моћи ће да се сачувају невероватно дуго,
Хитацхи је 2013. године најавио свој први систем за складиштење података од кристала кварца, а 2014. истраживачи са Истраживачког центра за оптоелектронику Универзитета у Саутемптону (ОРЦ) најавили су развој фемтосекундног ласерски угравираног стакленог система. ОРЦ је почео да сарађује са Мицрософт Ресеарцх на "Пројекат Силица", који обећава развој зз-процентуалног стакла. ОРЦ је почео да ради са Мицрософт Ресеарцх-ом на „Пројекту Силица“, који обећава развој система за складиштење података обима зб и „фундаментално преиспитивање начина на који се граде системи за масовно складиштење података.
Међутим, писање на стаклу није лак задатак, а стандардни импулсни УВ или ЦО2 ласерски системи могу створити микропукотине - прекомерно загревање површине материјала може довести до оштећења на термалним врућим тачкама. Иако се ово може заобићи смањењем енергије импулса, није идеално када је потребна висока прецизност. Због тога се истраживачи окрећу ултрабрзим (фемтосекундним) ласерским системима како би минимизирали ризик од термичког оштећења. Ултра-кратко трајање високоенергетског импулса обезбеђује да се материјалу испоручи довољно енергије да се обележи са изузетном прецизношћу, стварајући само минималне зоне под утицајем топлоте и избегавајући микропукотине.
Међутим, тренутно ограничење ове технологије је изузетно ниска брзина којом се подаци могу писати, а писање података на Тб скали може потрајати годинама. Срећом, текућа открића сугеришу начине за повећање брзине писања података. Прошле године, истраживачи ОРЦ-а објавили су енергетски ефикасан метод ласерског писања у часопису Оптица: не само да је овај метод брз, већ може да ускладишти око 500 Тб података на силицијумским дисковима величине ЦД-а – њих је 10,000 пута гушће од Блу-раи Дисц технологије за складиштење.
Нови метод истраживача користи 515-нм ласер са влакнима са фреквенцијом понављања од 10 МХз и трајањем импулса од 250 фс за стварање сићушних удубљења у силицијум стаклу, које садрже појединачне наноламеларне структуре величине само 500 × 50 нм. Ове наноструктуре високе густине могу се користити за дуготрајно складиштење оптичких података. Истраживачи су постигли брзину писања од 1,000,000 воксела у секунди, што је еквивалентно снимању око 225 КБ података (више од 100 страница текста) у секунди.
Нова метода је коришћена за писање 5 ГБ текстуалних података на диск од силиконског стакла величине конвенционалног ЦД-РОМ-а са скоро 100 посто тачности читања. Сваки воксел садржи четири бита информација, при чему свака два воксела одговарају једном текстуалном карактеру. Користећи густину писања коју обезбеђује метода, диск ће моћи да задржи 500 Тб података. Надоградњом система за паралелно писање требало би да буде изводљиво да се напише толико података за око 60 дана, рекли су истраживачи.