Kokios yra dėmesio vertos 2023 m. lazerinio žymėjimo tendencijos ir naujovės?

Nuo vidurio{0}} lazeriai buvo naudojami žymėms daryti, ėsdinti ir pjaustyti. Pirmoji pasaulyje lazerinio žymėjimo mašina buvo sukurta 1965 m., kai tai buvo skylių gręžimo deimantų gamybos formose ateitis, o vėliau technologija sparčiai vystėsi.
Anksti CO2 lazeriai buvo pradėti naudoti ženklinimui 1967 m., o technologija pasiekė brandą vidur-1970, komercializavus šiuolaikines CO2 lazerines sistemas. Ir nuo to laiko lazerinio žymėjimo sistemos tapo pagrindiniu pagrindu įvairiose pramonės šakose, kurių pritaikymas – nuo ​​kosmoso iki medicinos prietaisų gamybos, farmacijos ir mažmeninės prekybos.
Kokios pastebimos lazerinio žymėjimo tendencijos ir naujovės 2023 m.?
„Panasonic“ pristato savo 3D trumpų impulsų skaidulų tikslaus žymėjimo lazeriu mašinos veikimo demonstraciją (vaizdo kreditas: „Panasonic“)
Nepaisant konkuravimo su kitomis technologijomis, tokiomis kaip rašalinis spausdinimas, lazeriai buvo laikomi galinga, pigia ir pakartojama ženklinimo gamybos technologija. Svarbu tai, kad procesas yra ekologiškas ir jam nereikia jokių eksploatacinių medžiagų (pvz., rašalo, kasečių ir popieriaus).
Šiais laikais lazerinio žymėjimo sistemos nebepasikliauja vien tik CO2 lazeriais; kiti, pavyzdžiui, skaiduliniai lazeriai ir Nd:YAG kietojo kūno šviesos šaltiniai, siūlo mažesnį plotą, mažesnes priežiūros išlaidas ir efektyvias alternatyvas. Technologinių galimybių pažanga taip pat akivaizdi. Greičiausios komercinės lazerinio žymėjimo mašinos dabar gali apdoroti dešimtis tūkstančių dalių per valandą.
Nors lazerinio žymėjimo technologijos evoliucija buvo greita, lazerinio žymėjimo sistemų gamintojai ir naudotojai dabar ieško naujų būdų, kaip tobulinti ženklinimo technologijas, kad būtų galima įveikti naujus iššūkius ir pagerinti apdorojimo rezultatus.
1 tendencija: keraminių grandinių žymėjimas lazeriu
Šie iššūkiai kyla dėl naujų medžiagų, kurias reikia apdoroti, ir naujomis taikomomis programomis – kiekviena iš jų skatina augimo ir naujovių poreikį formuojant lazerinių sistemų kūrimo rinką.
Pavyzdžiui, keramika yra viena iš sparčiausiai augančių medžiagų apdorojant lazeriu, o ši medžiaga ypač svarbi puslaidininkių dalių ir grandinių plokščių gamyboje. Dažnai vadinamos „visų elektroninių sistemų gaminių motina“, spausdintinės plokštės (PCB) yra komponentas, naudojamas praktiškai visuose elektroniniuose gaminiuose, o nedideli PCB kūrimo pokyčiai daro didelę įtaką rinkos tendencijoms.
Pastaraisiais metais dėmesys buvo nukreiptas į keramikos naudojimą įprastose spausdintinėse plokštėse (PCB), kurios yra pagamintos iš plastikinių epoksidinių dervų, tokių kaip FP4. Keraminės grandinių plokštės pasižymi puikiu terminiu apdorojimu, jas lengva įdiegti ir pasižymi geru našumu, palyginti su nekeraminėmis PCB. Tačiau daugelis žymėjimo būdų, pavyzdžiui, ekrano apdorojimas, netinka keramikai. Keramikos ženklinimas rašalu yra sudėtingas, reikalauja kelių eksploatacinių medžiagų ir nėra atsparus trinčiai. Keramikos trapumas ir kietumas taip pat daro juos viena iš sunkiau ženklinamų medžiagų.
Dėl to pastaraisiais metais lazeriai išpopuliarėjo kaip alternatyva rašalo spausdinimo technologijai, o daugelis lazerių kompanijų sukūrė sistemas, ypač tinkančias keraminiam žymėjimui, pavyzdžiui, diodu pumpuojamus kietojo kūno UV lazerius, taip pat įprastą CO2. lazeriai.
„Tai neabejotinai apima miniatiūrizavimo tendenciją“, – sako Andrew May, lazerinio žymėjimo bendrovės „ES Precision“ direktorius. Tačiau jis pabrėžia, kad naujų rinkos tendencijų įvedimas taip pat užtrunka: "Ar kiekvieną savaitę yra nauja programa? Ne. Tačiau prieš 15 metų niekada nežymėjome miniatiūrinės keramikos, o dabar tai darome."
2 tendencija: lankstesnės medžiagos, formos ir dydžiai
Tačiau, nepaisant spartaus augimo, keraminiai elektronikos žymekliai šiuo metu nėra didžiausia ES Precision rinka. "Mums didžiausia pramonės šaka yra medicinos prietaisai, - sako Andrew May, - tada automobilių, elektronikos ir bendrosios inžinerijos komponentai. Reikalingų gaminių asortimentas labai skiriasi priklausomai nuo pramonės ir atitinkamos pramonės."
Bendrovė turi aštuonias lazerines sistemas (iš kurių penkios yra varomos galva), teikiančias žymėjimo paslaugas įvairioms reikmėms. Dėl šios priežasties ir dėl to, kad įmonė nuolat sulaukia naujų klientų su individualiais poreikiais – May pabrėžia, kad ES Precision gebėjimas būti lankstiems yra itin svarbus.
Dėl to jame naudojami lazeriai, tinkantys skirtingoms medžiagoms, formoms ir dydžiams bei skirtingų partijų dydžiams žymėti. Jo siūlomų žymeklių asortimentas taip pat yra toks pat įvairus, kaip ir klientų bazė, o lazeriai gali gaminti viską nuo kodų iki grafikos ir duomenų matricų – visa tai dideliu greičiu ir dideliu atkuriamumu.
Todėl lazerinių žymeklių gamintojams, tokiems kaip „Bluhm Systeme“, būtina atsižvelgti į šį lankstumą, sako Antoinette Aufdermauer, bendrovės, kuri nuolat stebi rinką ir atitinkamai kuria savo produktus, redaktorė.
Jo žymėjimo sistemos apima dujinius, skaidulinius ir kietojo kūno lazerius, įskaitant CO2 ir YAG sistemas. Lazeriniai žymekliai yra impulsiniai ir veikia bangų ilgių diapazone nuo 0,355 μm iki 10,6 μm. Kiekvienas lazeris turi savo ypatybes ir kai kuriuos panašumus: CO2 lazeriais galima žymėti plastiką, gumą, popierių, foliją; pluoštiniai lazeriai yra naudingi plienui ir kai kuriems plastikams žymėti; ir YAG lazeriai tinka metalams ir keramikai žymėti. Mes iš anksto kruopščiai išbandome visas klientų medžiagas mūsų lazerių laboratorijoje“, – sako Aufdermaueris.
Perkeliamumas taip pat svarbus siekiant užtikrinti lankstumą atliekant žymėjimo lazeriu operacijas, o tai idealiai tinka pramoniniams klientams, sako Aufdermaueris. Dėl šios priežasties naujausias „Bluhm Systeme“ produktas „Lightworx“ turi 20 W šviesolaidinį lazerį kompaktiškoje darbo vietoje, kurią galima lengvai perkelti į gamybos aplinką. Sistema gamina „nuolatinius, aštrius ir apsaugotus nuo klastojimo“ ženklus ant metalų ir plastikų.
3 tendencija: didėjanti komponentų atsekamumo paklausa
Kita svarbi tendencija lazerinio ženklinimo srityje yra atsekamumo užtikrinimas ir tobulinimas – individualus gaminio identifikavimas naudojant unikalų identifikavimo ženklą ant jo paviršiaus. Šis žymėjimas gali būti įvairių formų, tačiau vis populiaresnis ir svarbesnis tampa duomenų matricų, tokių kaip dvimačiai kodai (QR kodai), naudojimas.
Pažymėjus atskirą gaminį savo unikaliu duomenų matricos kodu, jį galima lengvai atpažinti ir neįkyriai, naudojant pagrindines detales, tokias kaip gamintojas, partijos numeris ir tarnavimo laikas. Tai užtikrina kokybės užtikrinimą: vartotojai ir vartotojai gali nustatyti tikslią produkto kilmę. Šis kokybės užtikrinimas sukuria tiesioginį ryšį tarp vartotojo ir gamintojo bei suteikia produktui pridėtinę vertę, leidžiančią konkuruoti su pigesne gamyba.
Dėl neįtikėtino tikslumo lazeris idealiai tinka rašyti detalius net 200 μm dydžio kodus – per maži, kad juos matytų kas nors einantis, bet nesunkiai patikrinamas išmaniuoju telefonu, jei žmogus žino savo buvimo vietą. Esant tokiems dydžiams, duomenų matricos gali būti naudojamos kovos su padirbinėjimu tikslais, todėl kokybiškų prekių autentiškumą galima lengvai ir neįkyriai patikrinti. Tai turi didžiulį poveikį farmacijos pramonei, nes taip užtikrinama, kad vaistai, pavyzdžiui, tabletės, nebūtų gaminami ir platinami nesąžiningai.
Komponentų atsekamumas taip pat vaidina svarbų vaidmenį, kai naudojamas kaip įrodymas bylinėjimosi metu. Pavyzdžiui, jei kam nors buvo atlikta medicininė transplantacija ir transplantacija nepavyksta, atsekamumas leidžia tiksliai žinoti, kas buvo ne taip, kur suklydo ir kurioje partijoje įvyko klaida. Tai neabejotinai padidina efektyvumą atliekant tokius dalykus kaip produktų atšaukimas, bet taip pat suteikia klientui daugiau savarankiškumo. Tai gali būti neakivaizdu, tačiau visuomenei pradėjus domėtis bylinėjimusi, technologija, galinti pagerinti teismo sprendimus, turės neatsilikti.
Atsekamumas taip pat prisideda prie kitos gamybos tendencijos: gerina aplinkos tvarumą ir mažina ekologinį poveikį. Stebėdami gaminį, kad sužinotų, kada jis sugenda, arba žinodami, kada baigiasi jo gyvavimo ciklas, gamintojai gali geriau aktyviai jį pakeisti ir perdirbti. Tai taip pat reiškia, kad gaminius galima grąžinti atnaujinti pagal paskirtį, todėl mažiau įrangos gali atsidurti sąvartynuose.
Tačiau dabartinės duomenų matricos ženklinimo sistemos susiduria su daugybe iššūkių. Tam tikros medžiagos apsunkina tvarkymą – ypač stiklas ir polimerai, taip pat ploni metalai ir folijos. Ženklinimas taip pat turi būti nuolatinis ir stabilus, o sistema turi būti pritaikyta įvairių dydžių gaminiams.
Ypatingas iššūkis kai kuriems lazeriniams žymekliams yra žymėjimas ant neplokščių paviršių. Rašalinių spausdintuvų vis dar yra daugiau nei lazerinių sistemų šioje srityje. Todėl sistemų inžinieriai stengiasi įveikti šiuos iššūkius. Pavyzdžiui, lazerinių žymėjimo sistemų gamintojas Laserax siūlo CO2 ir skaidulinius lazerius, kurių vidutinė galia yra 20-500 W ir kintantis ciklo laikas, su automatiškai reguliuojama fokusavimo optika, skirta naudoti ant 3D paviršių, kurią galima reguliuoti. į objekto kreivumą. Kad būtų atsižvelgta į nežinomos geometrijos paviršius, Laserax sistemos naudoja automatinio fokusavimo regėjimo sistemą, kuri pirmiausia nuskaito 3D paviršių, o tada koreguoja lazerio fokusavimą žymėjimo proceso metu.
Tačiau ne lygūs paviršiai nėra vienintelis iššūkis, su kuriuo susiduria lazerinio žymėjimo sistemų gamintojai. Dr. Florent Thibaut, QiOVA, lazerinių žymėjimo sprendimų gamintojo, generalinis direktorius, aiškina: „Daugeliu atvejų pasauliniu mastu standartizuoti žymėjimo sprendimai, pavyzdžiui, rašaliniai, negali atitikti reikalavimų, reikalingų, kad kiekvienam gaminiui būtų suteiktas specifinis ženklinimas. Šiuo metu įprastas lazerių naudojimas jau prieinamas kaip nepertraukiamas metodas, kaip ir naudojant rašiklį, tačiau tai nėra pakankamai greita – reikia rasti sprendimą, kuris subalansuotų gamybos apimtis ir tikslumą.
Nuosekliam žymėjimui įtakos turi tai, kad lazerinis žymėjimas turi keistis kiekvienam gaminiui, todėl labai svarbu turėti kiekvienam gaminiui pritaikytą ženklinimo technologiją. Gamintojai reikalauja itin didelio našumo – ženklinimas turi prisitaikyti, o žymėjimo greitis turi būti didelis – ir tai net neatsižvelgia į tam tikrų medžiagų, tokių kaip stiklas ar polimerai, apdirbimo sunkumus.
Siekdama išspręsti šią problemą, QiOVA užpatentavo savo VULQ1 technologiją, kuri šiais metais Laser World Photonics Industrial Production Engineering laimėjo Laser Systems Innovation Award apdovanojimą, kuri nesirenka metodo, kuris naudoja vieną nuolatinį šviesos spindulį (kaip daro tradicinės žymėjimo sistemos). ). Vietoj to, jis naudoja šimtus šviesos spindulių, kad sukurtų į antspaudą panašų efektą – akimirksniu sukuriamas visas duomenų matricos kodas. Šiam unikaliam antspaudui gaminti naudojamas dinaminis pluošto formavimas, kuris pasiekiamas naudojant tokius komponentus kaip erdvinis šviesos moduliatorius (SLM). SLM gali reguliuoti kiekvieną kartą, kad sukurtų unikalios struktūros pluoštus.
Nors kitos lazerinio žymėjimo technologijos gali teikti pirmenybę dideliam pasikartojimų dažniui siekiant didelio pralaidumo, QiOVA naudoja didesnę impulsų energiją ir lygiagretų apdorojimą, kad gautų geresnių rezultatų.
Thibaut sako: „Šis įspaudą primenantis ženklinimo sprendimas atskleidžia didžiulį 2D brūkšninio kodo žymėjimo produktyvumo potencialą ir yra lengvai įgyvendinamas.
Pavyzdžiui, jos technologija gali būti naudojama PVC medicininėms dalims pažymėti 570-μm pločio duomenų matricos kodu 77,000 per valandą greičiu. Kitos medžiagos, kurias gali pažymėti sistema, yra aliuminis, padengtas HDPE polimeru; natrio kalkių stiklas; borosilikatinis stiklas, gryno aukso ir epoksidinio liejimo kompozitas.
Thibault priduria: "Rašto dydžiai gali būti net 100 μm, išlaikant visiškai aiškų skaitymą, net ir žymėdami tiesia linija, nes visi taškai yra pažymėti vienu metu." Be to, kadangi QiOVA nebūtina pasikliauti dideliais pasikartojimo dažniais, QiOVA gali kurti sistemas naudodama jau paruoštus infraraudonųjų ir žaliųjų Nd:YAG lazerius, kurių pasikartojimo dažnis yra maždaug 20-30Hz, užtikrinant, kad sistemos išliktų. kuo ekonomiškiau.
4 tendencija: itin greiti lazeriai stiklą paverčia duomenų saugykla
Kita įdomi nauja lazerinio žymėjimo sritis: duomenų saugojimas. Tyrėjai teigia, kad jie gali sukurti efektyvias duomenų saugojimo sistemas naudodami itin greitus lazerius, kad koduotų duomenis į stiklinę / kristalinę laikmeną. Duomenys saugomi stikle / kristale mikroabliacijos būdu ir, kai jie bus pagaminti, galės būti išsaugoti nuostabiai ilgai.
2013 m. „Hitachi“ paskelbė apie savo pirmąją kvarco kristalų duomenų saugojimo sistemą, o 2014 m. Sautamptono universiteto Optoelektronikos tyrimų centro (ORC) mokslininkai paskelbė apie femtosekundžių lazeriu išgraviruoto stiklo sistemos kūrimą. ORC pradėjo bendradarbiauti su „Microsoft Research“ „Project Silica“, kuris žada sukurti zz procentų stiklą. ORC pradėjo dirbti su „Microsoft Research“ dėl „Project Silica“, kuri žada sukurti zb masto saugojimo sistemas ir „iš esmės permąstyti, kaip sukurti masinės atminties sistemas.
Vis dėlto rašyti ant stiklo nėra lengva užduotis, o standartinės impulsinės UV arba CO2 lazerinės sistemos gali sukelti mikro įtrūkimus – per didelis medžiagos paviršiaus įkaitimas gali pažeisti šiluminius karštus taškus. Nors tai galima išvengti sumažinant impulso energiją, tai nėra idealu, kai reikalingas didelis tikslumas. Štai kodėl mokslininkai kreipiasi į itin greitas (femtosekundines) lazerines sistemas, kad sumažintų šiluminės žalos riziką. Itin trumpa didelės energijos impulso trukmė užtikrina, kad į medžiagą būtų tiekiama pakankamai energijos, kad ją būtų galima itin tiksliai pažymėti, sukuriant tik minimalias šilumos paveiktas zonas ir išvengiant mikroįtrūkimų.
Tačiau dabartinis šios technologijos apribojimas yra itin mažas duomenų įrašymo greitis, o Tb masto duomenų rašymas gali užtrukti metus. Laimei, vykstantys laimėjimai siūlo būdus, kaip padidinti duomenų rašymo greitį. Praėjusiais metais ORC mokslininkai žurnale Optica paskelbė energiją taupantį lazerinį rašymo metodą: šis metodas ne tik greitas, bet ir gali saugoti apie 500 Tb duomenų kompaktinio disko dydžio silicio dioksido diskuose – jų yra 10,000 kartų tankesnis nei Blu-ray Disc saugojimo technologija.
Naujasis mokslininkų metodas naudoja 515-nm skaidulinį lazerį, kurio pasikartojimo dažnis yra 10 MHz ir impulso trukmė 250 fs, kad silicio dioksido stikle būtų sukurtos mažytės duobutės, kuriose yra tik 500 × 50 nm dydžio nanolamelių struktūros. Šios didelio tankio nanostruktūros gali būti naudojamos ilgalaikiam optinių duomenų saugojimui. Tyrėjai pasiekė 1,000,000 vokselių per sekundę įrašymo greitį, o tai prilygsta maždaug 225 KB duomenų (daugiau nei 100 teksto puslapių) įrašymui per sekundę.
Naujasis metodas buvo naudojamas įrašyti 5 GB teksto duomenų į silicio stiklo diską, kurio dydis yra įprastas CD-ROM, beveik 100 procentų skaitymo tikslumu. Kiekviename vokselyje yra keturi informacijos bitai, kiekvienas du vokseliai atitinka vieną teksto simbolį. Naudojant metodo suteikiamą rašymo tankį, diskas galės talpinti 500 Tb duomenų. Atnaujinus lygiagretaus rašymo sistemą, turėtų būti įmanoma įrašyti tiek duomenų per maždaug 60 dienų, teigė mokslininkai.