Dati i numerosi tipi di laser e materiali coinvolti, scegliere il miglior laser per un’applicazione di marcatura può essere una sfida.
La comprensione delle caratteristiche del laser e delle proprietà del materiale è essenziale per fare una scelta ottimale.
Quelli di lasit.it sono dei professionisti del settore.
Nei processi di marcatura laser, il tipo di materiale, la qualità della marcatura richiesta e la velocità avranno tutti un ruolo nella scelta ottimale del laser.
Sebbene i laser a onda continua e CO2 a stato solido siano utilizzati per la marcatura, generalmente non vengono utilizzati per marcare il metallo, quindi questo articolo si concentrerà sui laser pulsati a stato solido.
All’interno di questa categoria, ci sono diverse opzioni tecnologiche quando si sceglie un laser pulsato per la marcatura.
Questi includono Nd: YAG, Nd: YVO4 (vanadato) e laser a fibra, ciascuno con i suoi pro e contro.
È anche importante capire come il materiale da marcare assorbe la luce laser alla lunghezza d’onda del laser scelto.
I materiali ferrosi e non ferrosi hanno un assorbimento eccellente a 1064 nm, mentre i metalli preziosi lo fanno a 355 e 532 nm.
Le materie plastiche assorbono anche l’uscita laser a lunghezza d’onda maggiore.
Tecnologie laser
Il laser Nd: YAG è stato introdotto più di 25 anni fa ed è il cavallo di battaglia del settore.
Originariamente questi laser erano pompati da lampade, ma si sono successivamente evoluti in modo che il pompaggio a diodi sia ora più comune.
I sistemi basati su diodi sono robusti con un eccellente tempo medio prima del guasto (MTBF).
Alcuni produttori si aspettano più di 35.000 ore di vita prima del guasto dei diodi.
Un vantaggio dei laser Nd: YAG è la qualità del raggio, che porta a una dimensione dello spot del laser inferiore.
La piccola dimensione del punto, insieme a brevi impulsi, produce un’elevata potenza di picco che può essere utile nell’incisione profonda con segni nitidi e chiari e caratteri piccoli.
Il laser al vanadato può emettere a tre diverse lunghezze d’onda: 1064, 532 (verde) e 355 nm (blu).
I laser Vanadate sono anche pompati a diodi e forniscono una qualità del raggio con stabilità da impulso a impulso, rendendoli particolarmente adatti per la marcatura di ablazione e le applicazioni di zone alterate dal calore (ZTA).
Uno dei mercati del laser vanadato è la marcatura giorno – notte, un’applicazione automobilistica in cui un rivestimento superiore viene rimosso per consentire alla luce di retroilluminare i pulsanti di notte, tipicamente ablando un rivestimento superiore per esporre una superficie inferiore senza danneggiarla.
Circa sei anni fa, i laser a fibra sono stati introdotti nel mondo della marcatura e sono stati oggetto di discussione praticamente in ogni opportunità di marcatura.
Il laser a fibra non ha la stessa qualità del raggio dei laser Nd: YAG o vanadato, il che limita la quantità di potenza di picco disponibile.
Il laser a fibra può ricottura l’acciaio inossidabile grazie alla sua lunga larghezza di impulso e alla dimensione del punto più grande, mettendo più calore nella parte per attirare il carbonio sulla superficie.
Vale la pena notare che solo una manciata di produttori di laser in fibra offre la sorgente laser a una terza parte per l’integrazione in un sistema di marcatura.
In termini di costi operativi e materiali di consumo, queste tre tecnologie laser sono quasi identiche, quindi un utente finale può scegliere la tecnologia laser ottimale senza dover scendere a compromessi sui costi.
Una cosa da tenere a mente è che la potenza di uscita di tutti i laser a stato solido si degrada nel tempo, ma è possibile calibrare il sistema per mantenere la stessa potenza nel laser del giorno in cui ha lasciato la fabbrica.
Ciò consentirà al laser di mantenere la stessa qualità e velocità del segno del giorno in cui è arrivato ed è stato messo in produzione.
Proprietà del raggio: la qualità del raggio di marcatura laser è specificata in termini di un valore M2, che è tipicamente fornito da tutti i produttori di laser.
Un raggio gaussiano ha un M2 di 1 e consente la dimensione dello spot più piccola in relazione alla lunghezza d’onda e all’ottica utilizzata.
La migliore qualità del raggio trovata nei sistemi di marcatura laser Nd: YAG e vanadato ha un M2 di 1.2.
I sistemi basati su fibra hanno in genere un valore M2 di 1,7, il che significa una dimensione dello spot maggiore e una minore densità di potenza.
Fondamentalmente, una migliore qualità del raggio produce larghezze di linea più piccole, contorni più nitidi, maggiore velocità di marcatura (a causa dell’elevata densità di potenza) e incisione più profonda.
Una buona qualità del raggio fornisce anche una migliore profondità di messa a fuoco rispetto a un laser con una qualità del raggio inferiore.
La marcatura su una superficie curva utilizzando un laser con un M2 di 1.2, ad esempio, darà un segno più nitido quando la profondità di fuoco cambia rispetto a un laser con un M2 più alto come quello di un laser a fibra.
Frequenza di ripetizione dell’impulso: i laser YAG e vanadato sono molto diversi dal laser a fibra per quanto riguarda la potenza di picco e la gamma di frequenza di ripetizione dell’impulso.
La durata dell’impulso emesso dai sistemi in fibra configurati come amplificatore di potenza in fibra dell’oscillatore principale (MOFPA) può essere regolata, il che ha un impatto diretto sulle velocità di ripetizione degli impulsi disponibili per ottimizzare il processo di marcatura laser.
Applicazioni
I termini più comuni utilizzati nella marcatura laser includono: incisione, ricottura, ablazione e cambio di colore delle materie plastiche.
Ciascuno dei laser discussi può essere scelto per ottimizzare le prestazioni del processo di marcatura laser.
Durante l’ablazione di componenti di progettazione giorno / notte, un laser vanadato funziona bene grazie agli impulsi brevi e alla stabilità da impulso a impulso a frequenze di ripetizione più elevate.
Ciò consente la rimozione di una superficie superiore verniciata senza danneggiare il materiale di base in plastica tampografata.
L’ablazione è anche una pratica comune nella marcatura dell’alluminio anodizzato, che è di gran lunga il processo laser più tollerante.
Un’altra applicazione molto comune è la ricottura di componenti medicali in acciaio inossidabile e titanio come impianti e strumenti.
Qui, è importante avere un’energia di picco concentrata elevata con una durata dell’impulso leggermente più lunga per attirare il carbonio sulla superficie per ottenere un segno scuro nitido che resista ai requisiti di prova come la passivazione e i cicli di autoclave
Quando si incide il materiale, è importante avere parametri ottimali in termini di frequenza e velocità per far evaporare il materiale.
In genere, i laser con impulsi brevi e un’elevata potenza di picco offrono le prestazioni migliori per questa applicazione.
Tutte e tre le tecnologie laser avranno un posto nella produzione industriale negli anni a venire.
La tecnologia continuerà ad evolversi per soddisfare le mutevoli esigenze dell’ambiente di produzione.
Quando si seleziona un marcatore laser, è importante collaborare con un’azienda di laser in grado di dimostrare i vantaggi di ciascuna tecnologia in relazione al materiale da marcare.
Molti produttori hanno laboratori applicativi che testano i materiali con un laser che si adatta in termini di velocità, qualità e budget.