Laserové značení kůže se používá pro dekoraci a trvalý popis kožených výrobků (módní doplňky, obuv, potahy nábytku, automobilové čalounění apod.). Díky působení koncentrovaného tepla se na kůži vytvoří tmavě zbarvené či jemně vypálené znaky, které jsou odolné vůči otěru a stárnutí materiálu. Níže shrnujeme vhodné typy kůže pro laserové značení, základní procesy značení, doporučený typ laseru a typické parametry pro průmyslovou praxi.
Které typy kůže lze značit laserem
Laser lze použít na prakticky všechny běžné kožené materiály, ale každý druh kůže reaguje odlišně. Laserm lze značit přírodní kůže i upravené a syntetické kůže:
- Přírodní kůže (plnosrstá / full-grain, vrchní / top-grain i opracovaná kůže): Tyto kůže se obecně dobře zapalují a při laseru ztmavnou do bohaté patiny. Např. na full-grain kůži s minimální povrchovou úpravou vytváří laser ostré a tmavé znaky ve vysoké kvalitě značení. I méně kvalitní kůže (např. tzv. bonded leather složená ze zbytků kůže) lze laserem značit, jen je nutné pečlivě vyladit parametry značení.
- Semiš, nubuk a broušené kůže: Jemné povrchy semiše či nubuku jsou náchylné k přepálení, proto vyžadují nižší výkon a vyšší rychlost značení, aby nedošlo k nadměrnému spálení vláken.
- Kůže s povrchovou úpravou. Pokud má kůže nános barvy či laku, laser obvykle reaguje nejprve s touto svrchní vrstvou (může ji karbonizovat nebo odpařit). Při silně pigmentovaném povrchu může být ale výsledný popis nevýrazný. Pro vysoký kontrast se proto doporučují světlé kůže či minimálně upravené povrchy, kde laser karbonizuje celulózové a kolagenové složky do tmavého odstínu.
- Syntetické kůže (eko-kůže, koženka, PU/PVC): Umělé materiály na bázi polymerů reagují jinak než organická kůže. Značení umělých kůží vyžaduje přesné nastavení výkonu a dostatečný přívod vzduchu, aby nedošlo k poškození materiálu. I na umělých kůžích lze laserem dosáhnout viditelného značení. Laser může povrch lehce spálit nebo napěnit. Např. tažená PU kůže při značení laserem běžně reaguje karbonizací pigmentu. Povrch se může tavit nebo uvolňovat toxické výpary, klíčové je tak dostatečné odsávání.
Metody laserového značení kůže
Při laserovém značení kůží se využívají dva základní režimy: karbonizace povrchu a hloubkové gravírování. Při nižším výkonu laserový paprsek kůží projde jen povrchově, materiál se zahřeje a zhnědne. Tím vznikne kontrastní tmavé značení na světlejším podkladu. Při použití vyšší energie nebo pomalého pohybu laser částečně odpaří část koženého materiálu, takže se ve značeném místě vytvoří drobná prohlubeň s zuhelnatělými okraji. Tento režim se hodí pro dekorativní efekty, u tenkých kožených dílů hrozí propálení skrz.
U leštěných či barvených kůží se často uplatňuje ablativní odpar povrchové vrstvy laku či pigmentu. Odhalí se tak kontrastní podkladový odstín, aniž by došlo k hlubokému spálení podkladu. Tím vznikne světlý znak na tmavším podkladu nebo naopak. Při vhodně nastavených parametrech lze docílit velmi přesného vymazání barvy, podobně jako u speciálních papírů, což kůži dodá elegantní efekt.
Obecně platí, že nebarvené nebo lehce opracované kůže umožňují silnou karbonizaci tmavým zabarvením, zatímco u kůží s výraznou povrchovou úpravou je laserový paprsek omezený pigmentem a musí se pracovat spíše v režimu opalování či cíleného odpaření povrchových vrstev.
Vhodný typ laseru
Pro značení kůže jsou nejvhodnější CO₂ lasery s vlnovou délkou 10,6 μm, které organický materiál velmi dobře pohlcuje. CO₂ lasery poskytují výkon od desítek wattů výše a díky galvanometrické hlavě umožňují vysokorychlostní značení. Výhodou je možnost plynulé změny výkonu a rychlého skenování, což umožňuje vysoce kontrastní, přesné popisy ve velkých sériích.
Diody a vláknové lasery se pro kůži používají jen zřídka, organické materiály na této vlnové délce špatně pohlcují energii, takže bílá či světlá kůže může zůstat neoznačená nebo jen mírně zhnědne. Vláknové lasery nocméně mohou být efektivní u tmavších a pigmentovaných kůží, kde absorbují černou barvu, a mohou tak např. odpařit tmavý povrchový lak, podobně jako u papíru. Vyšší špičkový výkon vlláknového laseru ale zvyšuje riziko propálení. Proto se tyto fiber lasery používají spíše na drobné detaily nebo tam, kde se značí mix kovových a nekovových dílů.
Ultrafialové (UV) lasery sice dovolí extrémní rozlišení, ale jejich nízký výkon a vysoká cena je omezují na speciální jemné a miniaturní aplikace. Pro většinu průmyslových aplikací proto standardní řešení při značení kůže představuje CO₂ laser.
Doporučené parametry značení
Výkon a rychlost laseru je třeba volit tak, aby kůže jen povrchově karbonizovala, nikoli aby se propálila. Několik obecných doporučení:
- Výkon laseru: Typické CO₂ lasery pracují v řádu desítek wattů. Pro většinu aplikací stačí zdroje ~20–50 W, při gravírování silných kůží nebo vysokorychlostní výrobě lze použít výkon až 180W.
- Rychlost značení: Při značení kůže se obvykle volí vysoké skenovací rychlosti řádu stovek až jednotek tisíc mm/s. Tím se zabrání přílišnému zahřátí a propálení. Pro orientaci např. CO₂ laser s výkonem 75W stačí použil plnou rychlost posuvu při 12% výkonu. Naopak snížení rychlosti (řádově na stovky mm/s) umožní tmavší a hlubší značení, ale už s větším rizikem propálení.
- Počet průchodů: Většinou stačí jeden průchod paprsku. Při jediném průchodu lze nastavit dostatečný kontrast karbonizací. Více průchodů zvyšuje riziko spálení okrajů a deformace, obvykle se uplatní jen pokud je třeba extra tmavý výsledek, např. nejprve odpařit lak, poté druhým průchodem kůži lehce karbonizovat. V praxi je ale lepší upravit jednotlivý průchod (nižší rychlost, mírně vyšší výkon) než opakovat více průchodů.
- Frekvence pulsů (u pulzních CO₂ laserů): Častěji se pracuje s běžnými pulzy v desítkách kHz (např. 20–40 kHz), případně s kontinuálním režimem. Vyšší frekvence dávají hladší opálení, nižší pulsy (větší energie na pulz) mohou způsobit pronikavější karbonizaci a drobné zbrázdění. Výběr frekvence je závislý na konkrétní konfiguraci laseru.
- Zaostření paprsku: Laser se zpravidla ostří přímo na povrch kůže, aby byl popis ostrý. Někdy se však záměrně mírně použije defokusace. Rozostřený paprsek má širší rozptyl a nižší hustotu energie, což dokáže plošněji a rovnoměrněji ožehnout oblast bez řezání do hloubky. Tuto techniku lze využít pro silnější, rovnoměrnější tmavé značení, pokud nechceme hluboký řez. Defokusace ale vždy snižuje rozlišení okrajů, takže pro jemné detaily je vhodnější přesné zaostření.