Specifika značení niklu laserem:
- Vysoká odrazivost IR záření: Nikl má velmi vysokou odrazivost v infračervené oblasti (≈1064 nm), taže většina laserové energie se odrazí zpět, místo aby byla pohlcene materiálem. To klade vyšší nároky na výkon a parametry laseru.
- Tepelná vodivost: Nikl má poměrně vysokou tepelnou vodivost (~90 W/(m·K), takže absorbované teplo se rychle rozptyluje do okolí. Povrch se tak méně zahřívá než u kovů s nižší vodivostí, a je třeba zvýšit energii pulzů.
- Bod tání a tvrdost: Nikl se taví až při teplotě 1455 °C a je odolnější vůči opotřebení než měkčí kovy. To vyžaduje vyšší energii pro odpaření materiálu.
- Povlaky niklu: Na dílcích se často používá tenký niklový povlak pro ochranu proti korozi. Tyto vrstvy při nadměrném výkonu snadno poškodí. Proto se pro značení niklových povlaků doporučují jemnější metody v podobě nižšího výkonu a vyšší frekvence, aby povrch zůstal nedotčený.
Metody značení niklu laserem
Při laserovém značení niklu lze použít žíhání, gravírování nebo karbonizaci. Každá metoda poskytuje odlišný vzhled výsledného popisu.
Při žíhání povrchu (annealing). laser lokálně zahřeje povrch dílce bez odstraňování materiálu. Na povrchu vznikne tmavá až černá oxidová vrstva. Výsledkem je vysokokontrastní značení při zachování hladkého povrchu. Nikl dosahuje při žíhání laserem podobný kontrast jako titan či zinek. Žíhané značení však může mít nižší odolnost vůči otěru či v agresiním prostředí.
Při gravírování (ablace) laser odpaří nebo část materiálu, čímž vzniká reliéfní značka se zdrsněným povrchem. Pro dosažení kontrastu se používají vyšší impulzy, které místy kov roztaví nebo odpaří. Vyšší výkon a více průchodů vedou k hlubšímu popisu a ostřejším hranám. Gravírování dává trvalé a kontrastní značky, ale může vytvářet drobné deformace.
Černé značení (black marking) využívá ultrakrátké (ps/fs) pulzy s velmi vysokým špičkovým výkonem, které minimalizují tepelně ovlivněnou oblast a umožňují vznik nanostrukturního povrchu s vysokou absorpcí světla. Výsledkem je dokonale černý vzhled. Tento způsob značení bez reflexe a tepelných změn, tzv. "cold marking", zachovává materiál téměř beze změny a je odolný vůči korozi. Vyžaduje femtosekundový laser.
Vhodný typ laseru
Pro značení niklu se obvykle vybírá laser na míru materiálu:
Vláknový laser (1064 nm) je nejrozšířenější volba pro kovy. Jeho vysoký výkon a krátký pulz se hodí pro hluboké gravírování i rychlé značení. Pro značky na reflexních kovech, jako je nikl, se preferují pulzní režimy, kdy vysoký špičkový výkon pomáhá překonat odrazivost materiálu. Vláknový laser má navíc dlouhou životnost a pro značení na výrobní linkách je nejefektivnější.
Alternativou je UV (355 nm) a zelený (532 nm) laser. Kratší vlnové délky pronikají tenčí kovovou vrstvou lépe, takže se používají zejména pro velmi jemné detaily na tenké vrstvy niklu. Tyto lasery mají vyšší kvalitu svazku, což umožňuje velmi ostré linie. Nevýhodou je často nižší celkový výkon než u větších vláknových laserů.
Hybridní lasery (MOPA / YVO₄ + fiber) kombinují výhody vláknového a krystalového laseru. Hybridní systémy (např. YVO₄ oscilátor zesílený vláknovým) nabízejí velmi vysoký vrcholový výkon s excelentní kvalitou svazku. Díky MOPA technologii lze upravit délku pulzu v rozsahu fS–pS, což umožňuje precizní nastavení pro barevné efekty nebo hluboké značení podle potřeby. Takový laser zvládne téměř všechny materiály, včetně niklu a jeho slitin.
Ultrakrátké pulzy (fs, ps): Jak již bylo řečeno, pro „black marking“ či vysoce citlivé aplikace. Vytvářejí na povrchu nanostruktury (LIPSS), které silně absorbují světlo a vedou k homogennímu černému značení s minimální tepelnou ovlivněnou zónou. Pro běžné průmyslové značení niklu se ale spíše využívají nanosekundové lasery.
CO₂ laser (10,6 µm) je na čistý nikl nepoužitelný, protože nikl neabsorbuje tuto vlnovou délku.
Doporučené parametry značení
Parametry značení je nutné přizpůsobit konkrétní metodě i druhu materiálu, tedy čistý nikl versus slitiny:
- Výkon: Pro běžné fiber lasery se používá 20–100 W. Čím vyšší výkon, tím rychlejší značení a možnost hlubšího gravírování.
- Frekvence pulzů: Obvykle stačí 20–100 kHz. Nikl se často značí nižší frekvencí, protože delší pauza mezi pulzy dovolí materiálu lépe akumulovat energii. Vyšší frekvence může pomoci při jemných linkách, ale může snižovat kontrast. Pro tenké niklové povlaky je naopak vhodný nižší výkon s vyšší frekvencí, aby nedošlo k propálení vrstvy.
- Rychlost skenování se nastavuje typicky v desítkách až stovkách mm/s. Při 100 W vláknu lze u niklu udržet kontrast >=100 při rychlosti 1,0–1,6 cm²/s. Vyšší výkon umožňuje vyšší rychlost bez ztráty kontrastu. Pro jemné značení se zvyšuje hustota rasteru.
- Počet průchodů a hustota rastru: 1 až 5 průchodů. Při žíhání stačí obvykle jeden průchod. U hlubokého gravírování bývá potřeba 2 až 5 vrstvových průchodů pro maximální kontrast. Řádkování (hatch) se u laseru volí obvykle 10–20 µm, podle požadované hloubky.
- Zaostření a hloubka ostrosti: Při značení niklu se používají čočky s podstatnou hloubkou ostrosti (±0,5–1 mm) nebo 3-osé nastavení, aby značka na nepravidelných površích zůstala ostrá. Laserové systémy s automatickým zaostřováním (Z-osa) pomáhají při zakřivených či svinutých dílech.