Na rozdíl od plastů jsou guma a silikon elastomery s pružnou, často síťovanou strukturou. Při laserovém značení zde dochází k výrazně jiným efektům než u termoplastů. Značení často uvolňuje saze a kouř, které mohou kondenzovat zpět na povrch, a popis může být méně detailní. Před značením laserem by proto měl být povrch gumy čistý a odmaštěný. Zbytky separačních prostředků, olejů či prachu mohou způsobit nejednotnost značení.
Specifika značení různých elastomerů
EPDM (etylen-propylen-dienový kaučuk), používaný v automobilových těsněních a průmyslových membránách, bývá často plněn sazí, což ovlivňuje způsob jeho značení. V EPDM se dobře absorbuje CO₂ laser (10,6 µm), který na povrchu černého EPDM může vytvořit světlou kontrastní stopu připomínající „kovový“ nádech. Důležité je používat nižší výkon a vyšší rychlost, aby se povrch jen povrchově zesvětlil zpěněním a guma se nadměrně nepálila. Světlý EPDM bez sazí lze značit karbonizací. Laser povrch lehce spálí a zanechá tmavou stopu.
NBR (nitrilová guma, butadien-akrylonitrilový kaučuk), využívaný na O-kroužky, palivová a olejová těsnění či ochranné rukavice, je často je černý. Laserové značení nitrilové gumy má podobný charakter jako u EPDM. CO₂ laser dokáže gravírováním či ablací vytvořit čitelný kód, ale kontrast na černém povrchu vznikne především při zpěnění vrchní vrstvy do šedobílé barvy. Vláknový laser (1,06 µm) lze u černých nitrilových směsí využít pro povrchové vybělené značení bez výrazné ablace. Je však nutné precizně doladit výkon, jinak hrozí připálení gumy do mazlavé vrstvy sazí. Nitrilová guma při pálení vydává hustý kouř, proto nutná je účinná filtrace spalin, aby nedocházelo k usazování zplodin na povrchu a zhoršení kvality značení.
FKM (fluorokaučuk, obchodní název Viton): Fluorované elastomery jsou velmi odolné teplotně (dlouhodobě 200 °C) i chemicky, což ztěžuje jejich laserové značení. CO₂ laser se silně absorbuje a snadno Viton gravíruje, ale nedává dobrý kontrast, pouze černé opálení. Pro vytvoření čitelné světlé značky na tmavém Vitonu je vhodný vláknový laser, ideálně s technologií MOPA. Viton absorbuje i 1,06 µm záření a při pečlivé kontrole energie dochází k povrchové úpravě bez odstranění materiálu.
Vzniká světlounce hnědá značka (tzv. bleaching neboli vybělení povrchu) bez otěru či zbytkového prachu. Vzhledem k tvrdosti Vitonu a tepelné odolnosti se doporučuje značit více průchody nižším výkonem a povrch postupně zesvětlovat, raději než jedním silným pulsem, který by materiál pouze očernil. Při pálení fluorokaučuků vznikají toxické výpary (např. fluorovodík), proto je nutné intenzivní odsávání a filtrace.
Silikon (VMQ, silikonový elastomer) je elastický materiál odolný vysokým teplotám (200–300 °C). Čirý či světlý silikon bez aditiv špatně absorbuje běžné laserové vlnové délky. Pro značení se proto často dopředu míchají speciální pigmenty citlivé na laser. S pomocí takových aditiv lze dosáhnout tmavého popisu na světlém silikonu, kdy pigment zčerná karbonizací, nebo naopak světlého popisu na barevném či tmavém silikonovém dílu, kdy dojde ke zpěnění povrchu.
Běžné průmyslové lasery s vlnovou délkou ~1 µm dokáží ve spojení s pigmentovaným silikonem vytvořit ostré, kontrastní značení i na transparentních a ohebných součástech. V případě značení čistého silikonu bez pigmentu je vhodnější CO₂ laser. Výsledkem je ale spíše bezbarvé gravírování nebo lehce opálená šedá značka s nižším kontrastem. Silikon je velmi pružný, a proto je nutné díl při značení dobře fixovat, aby vibracemi laseru nedošlo k rozmazání popisu. Protože silikonové směsi často obsahují oleje, je nutné počítat s možností výskytu drobného zbytku prášku nebo mastnoty po gravírování.
Přírodní kaučuk (NR): Přírodní pryž se vyznačuje vysokou elasticitou, ale nižší tepelnou odolností. V čisté formě je světlá až jantarová, laser ji tedy dokáže karbonizovat a vytvořit tmavý, téměř černý popis. To platí, pokud směs neobsahuje saze nebo jen v malém množství, např. u světlých rukavic nebo balónků. CO₂ laser se opět hodí pro rychlé popisování povrchu. V parametrech je nutné zvolit střední výkon a vyšší rychlost, aby se materiál nepřepálil do hloubky. Při značení přírodního kaučuku vzniká hodně kouře a sazí, které mohou snižovat kontrast, proto je důležitý odsávací systém a případné přerušení značení pro očištění optiky.
U světlých směsí bez sazí lze pro dosažení výraznějšího kontrastu zvážit přidání pigmentu nebo využít vláknový laser s MOPA, který při vhodných pulzech dokáže materiál lokálně ztmavit. Naopak u tmavých směsí NR s vysokým obsahem sazí (např. černá těsnění, silentbloky) laser typicky způsobí světlý popis, obvykle pomocí pěnění nebo povrchové oxidace. Pomáhá snížení výkonu, zvýšení počtu průchodů, případně jemná defokusace, která podpoří povrchové pěnění místo hluboké karbonizace.
Další elastomery: Mezi ostatní gumové materiály patří např. CR (chloropren, neopren), SBR (styren-butadienový kaučuk) či PUR elastomery. Jejich značení se řídí podobnými principy. Neopren při laserování uvolňuje chlorovodík, takže je nutno důkladně odsávat, a spíše se gravíruje CO₂ laserem. SBR je podobný přírodní gumě i NBR v tom, že obsahuje saze, dobře pění a bělí se. Termoplastické elastomery (TPE, TPU) zase svým chováním připomínají plasty, často se u nich laserem dosahuje změny barvy než hlubokého gravírování.
Vhodný typ laseru
Pro většinu organických polymerů včetně gumy a silikonu je velmi účinný CO₂ laser. Jeho paprsek se silně absorbuje v uhlíkatých vazbách polymerů, takže dokáže materiál rychle zahřát a odpařit. Někdy však CO₂ lasery poskytují nižší kontrast a mají tendenci materiál spíše odpařit či opálit do černa. V praxi se proto CO₂ používá buď na světlé elastomery nebo ke hlubšímu značení černých gum. Výhodou CO₂ laseru je rychlost a možnost pokrýt větší plochy, nevýhodou relativně hrubší detail oproti vláknovým laserům.
Standardní vláknový laser (Yb fiber) v infračerveném spektru se používá převážně na kovy, u gumových materiálů nachází uplatnění především při povrchovém značení kontrastem. Samotný paprsek 1,06 µm některé čisté polymery, jako je např. čirý silikon, nepohlcují dobře, ale absorpci výrazně zvýší přítomnost sazí nebo speciálních pigmentů. Vláknový laser s galvohlavou má tu výhodu, že umožňuje velmi rychlé značení a jemné detaily díky malému průměru svazku.
U černých gum (EPDM, NBR, FKM) lze vláknovým laserem docílit světlého pěněného popisu. Při vysoké frekvenci pulzů se povrch mírně nataví a vybělí bez hlubokého gravírování. Výhodou je, že takto označený povrch zůstává hladký a značka nepodléhá otěru. Nevýhodou může být nutnost precizního nastavení. Při příliš vysoké energii pulzu vláknový laser gumu propálí a spíše očerní (jako CO₂), při příliš nízké se popis neprojeví. Vláknové lasery jsou tedy vhodné zejména tam, kde je požadován vysoký kontrast na tmavém elastomeru (např. kód na černém O-kroužku), případně ve spojení s laser-aktivním pigmentem u světlých gum.
MOPA, jako zvláštní typ vláknového laseru, u kterého lze ladit šířku pulzu a frekvenci v širokém rozsahu, dává při značení plastů a elastomerů velkou flexibilitu. Krátké pulzy (např. <10 ns) s vysokou frekvencí umožňují zahřát povrch polymeru velmi rychle a lokálně. Podporují pěnění a světlé značení, protože materiál stačí expandovat, aniž by zuhelnatěl. Naopak delší pulzy či nižší frekvence dodají více tepla a mohou vyvolat tmavší karbonizovanou stopu. Pomocí MOPA laseru lze tedy dosáhnout vyššího kontrastu značení gumy oproti běžnému vláknovému laseru. MOPA lasery jsou vhodné ke značení jemných kódů (DataMatrix, QR) na malé elastomerové díly, případně ke značení citlivých materiálů, kde potřebujeme minimalizovat tepelný efekt.
Kromě výše uvedených laserů se v menší míře ke značení některých silikonů používají i UV lasery (355 nm). Jejich výhodou je velmi malá tepelná zóna a možnost značit i transparentní materiály fotochemicky, bez vypěnění. Jsou však dražší a v průmyslu elastomerů méně rozšířené.
Doporučené parametry značení
Při laserovém značení gumy a silikonu obecně platí zásada začít s nižší energií a testovat, protože elastomery se mohou při přehřátí deformovat nebo hořet. Klíčové parametry a typické hodnoty:
- Výkon: Pohybuje se obvykle v jednotkách až nižších desítkách wattů při kontinuálním režimu CO₂ laseru, resp. odpovídajícím nastavení pulzů u vláknového laseru. Například pro značení EPDM stačí ~10 W u CO₂ laseru. U vláknových laserů se výkon ladí nepřímo přes nastavení frekvence a energie pulzu. Cílem je dosáhnout jen potřebné teploty pro změnu barvy. U měkkých gum se začíná na ~10 % nominálního výkonu a testuje se nárůst, u tvrdších jako Viton může být třeba vyšší výkon aplikovaný v opakovaných průchodech.
- Rychlost posuvu: Vyšší rychlosti pomáhají zabránit přehřátí jednoho místa. Typické hodnoty pro popisování gumy CO₂ laserem jsou stovky mm/s (např. 300–500 mm/s), u galvo vláknových laserů i několik m/s. Pomalé rychlosti by způsobily přepálení.
- Frekvence pulzů: Tento parametr se týká zejména vláknových a Nd:YAG laserů. Nižší frekvence (např. 20–30 kHz) dávají silné pulzy vhodné k ablaci a karbonizaci (tmavý hlubší popis), vyšší frekvence (100–200 kHz a výše) dávají časté menší pulzy, které spíše taví a pění povrch (světlý popis). U silikonu a měkké gumy se doporučuje spíše vyšší frekvence s nižší energie pulzu, u tvrdší gumy a světlých materiálů zase střední kmitočty k dosažení zabarvení.
- Počet průchodů: V ideálním případě se popis provádí jediným průchodem laseru. U některých materiálů, jako tvrdý Viton nebo silně tepelně vodivé směsi, však jeden průchod nedá dost kontrastu a řešením je více opakování. Lepší je opakovat rychlý nižší výkon 2–3× než jedním pomalým silným zásahem spálit povrch. Více průchodů také pomáhá u hlubšího gravírování dosáhnout ostřejších okrajů.
- Ostření a velikost paprsku: Jemné detaily, jako malé fonty či QR kódy, vyžadují malé ohnisko. Např. vláknový laser s objektivem ~100 mm vytvoří laserovou stopu ~30 µm. CO₂ lasery mají typicky větší průměr stopy (např. 200mm čočka ~300 µm), což ovlivňuje minimální velikost písma. U silnějších gum může být užitečné mírné rozostření, aby se energie rozložila a zamezilo se propálení díry. Naopak pro přesné značení je nutné držet správnou vzdálenost a kolmost paprsku k povrchu, zejména na zakřivených dílech.