Plasty tvoří velmi rozmanitou skupinu materiálů. Přístup k laserovému značení se proto liší podle chemického složení polymeru, jeho barvy a případných přísad. Protože laser působí na plast tepelně, může vyvolat tyto efekty: odbarvení nebo změnu barvy, zpěnění povrchu, případně vypálení (gravírování) do hloubky. V ideálním případě chceme dosáhnout kontrastního popisu bez proděravění materiálu.
Při laserovém značení plastů lze použít tyto procesy:
-
Ztmavení (karbonizace): Laser zahřívá materiál pod bodem tání, což vyvolá chemickou změnu. U světlých plastů působením laseru vznikají zuhelnatěné částice, což vede ke tmavému zabarvení plastu. Například čirý či bílý polykarbonát může po průchodu laserového pulzu získat šedou až černou barvu.
-
Zpěnění (foaming): Pokud laserový paprsek nataví plast a následně se materiál rychle ochladí, mohou uvnitř vzniknout drobné plynové bubinky. Ty rozptylují dopadající světlo, takže značená oblast se jeví opticky světlejší než okolí. Tomuto jevu říkáme pěnění a využívá se hlavně u tmavých plastů, kde vytvoří světle šedý nebo bílý popis. Například u černého ABS plastu lze vhodnými krátkými pulzy dosáhnout bublinkové struktury a tím bílého značení.
-
Gravírování: Při vyšší energii může laser plast odpařit nebo spálit. Tím se vytváří zahloubený reliéf. Okraje bývají mírně natavené. Tento proces se používá spíše u silnějších plastových dílů nebo pokud nevadí mírné narušení povrchu. Například do silného akrylátu (PMMA) lze CO₂ laserem vygravírovat text do několika desetin mm hloubky. U tenkých plastů (fólie) by ale prorážel skrz.
Každý plast se při značení chová jinak. Některé termoplasty se taví a pěnění se daří, jiné termosety spíš hoří a karbonizují. Některé polymery samy o sobě špatně absorbují určitou vlnovou délku, a proto se do nich při výrobě přidávají speciální aditiva (např. kovové nebo keramické mikročástice, pigmenty na bázi oxidu titaničitého apod.), aby lépe reagovaly na laser. Pokud určitý plast nelze bez aditiv značit, řeší se to buď úpravou materiálu (přísady pro laser), nebo použitím odlišné vlnové délky laseru (např. zelený 532 nm či UV 355 nm laser pro čiré plasty).
Bílé plasty (např. bílé ABS s průhledným vrchním lakem) se mohou při laserování dopadnout nehezky – průhledná vrstva se roztaví. Řešením je použít krátkopulsní laser s nízkou frekvencí, aby došlo spíše k karbonizaci spodní vrstvy a vznikl tmavý popis pod povrchem. To umožní získat krásně černé logo na bílém plastu, aniž by se okolí rozteklo.
Vhodný typ laseru
Plasty lze značit vláknovými i CO₂ lasery, volba závisí na druhu plastu a požadavku.
-
CO₂ laser (10,6 µm) je obecně velmi vhodný pro většinu organických materiálů, tedy i pro mnoho plastů. Většina plastů absorbuje tuto vlnovou délku poměrně dobře – CO₂ laser povrch ohřeje a způsobí zhnědnutí nebo vypěnění. Například akryláty, polykarbonáty, ABS, polystyren, PE/PP a další lze CO₂ laserem značit. Výhodou CO₂ laseru je, že umí rychle pokrýt i větší plochy a snadno prořeže tenké fólie, takže umí zároveň tvarovat obalové materiály. Nevýhodou bývá větší velikost paprsku a tedy nižší rozlišení jemných detailů a tepelné ovlivnění okolí značky. CO₂ paprsek má totž tendenci víc tavit a zuhelňovat okolí, což může být u jemné elektroniky nežádoucí (u větších plastových dílů to nevadí).
-
Vláknový laser (1,06 µm) se využívá pro plasty hlavně v průmyslových aplikacích, kde se laserem značí střídavě kovy i plasty na jedné lince. Výhodou vláknového laseru je univerzálnost pro kovy i některé plasty. Ne každý plast ale tuto vlnovou délku dobře absorbuje; zpravidla musí obsahovat pigmenty nebo aditiva. Pokud plast absorbuje, vláknový laser umožní velmi rychlé a jemné značení s malým průměrem paprsku (typicky ~30–50 µm), takže zvládne mikrokódy, malé popisky a grafiku s vysokým rozlišením. U tmavých plastů vláknový laser často způsobí pěnění a světlý popis ; u světlých plastů zase karbonizaci a tmavý popis. Na rozdíl od CO₂ laseru vláknový nezpůsobí tak rozsáhlé tepelné rozlití – zóna ohřevu je malá, takže okolí zůstává neporušeno. Proto se vláknové lasery používají např. pro značení jemných plastových součástek v elektronice (konektory, kryty čipů atd.), kde je vyžadován precizní malý kód. V případech, kdy plast 1064 nm neabsorbuje (např. čiré plasty), se volí buď přidání absorberu (např. barevný pigment), nebo nasazení speciálního laseru s kratší vlnovou délkou (UV laser umí značit i zcela čiré plasty bez pigmentu, ale to už je jiná technologie).
Doporučené parametry
U plastů obecně platí, že se značí vyšší rychlostí a nižším výkonem než kovy. Důvodem je nižší teplotní odolnost – plast se snadno přepálí. Typicky se volí rychlosti skenování v rozmezí stovek mm/s až jednotek m/s. Typická je například rychlost 400–1000 mm/s. Výkon vláknového laseru stačí menší: už ~20W vláknový laser dokáže většinu plastů popsat, takže běžně se nastavuje kolem 30 W a více není třeba (na rozdíl od kovů, kde se jde od 50 W výše).
Frekvence pulzů bývá u plastů vyšší (např. 50–100 kHz), aby pulzy byly méně energie na jednotku. To podporuje spíše hladkou tepelnou reakci (odbarvení) než hrubé odebírání materiálu. U vláknových MOPA laserů je důležitou proměnnou délka pulzu: krátké pulsy (např. 4 ns) mohou dát jiný efekt než delší (200 ns). Pro pěnění tmavých plastů se často osvědčí delší pulsy střední energie, kdežto pro karbonizaci světlých spíše krátké intenzivní pulsy.
CO₂ lasery nemají nastavování pulzů tak flexibilní (často jsou to kontinuální zdroje), takže se ladí hlavně výkon a rychlost: např. u tenké fólie se zvolí nižší výkon a rychlý pohyb, aby se jen změnila barva; u silnějšího plastu se může zpomalit pro gravírování. Vždy je cílem neprohřát skrz (nepropálit díru), pokud to není žádoucí.
Výhody a nevýhody
Laserové značení plastů je bezkontaktní a velmi rychlé. Popis je samozřejmě nesmazatelný, odolný vůči chemikáliím a otěru. Další výhodou je, že některé lasery (např. UV) umí značit plast bez narušení povrchu. Materiál jen změní barvu, ale povrch zůstává hladký.
Nevýhodou může být, že ne každý plast reaguje dobře. Někdy je nutná dražší varianta materiálu s aditivy. Spaliny z plastů jsou toxické, takže je nutné mít kvalitní odsávání (např. PVC se laserem téměř neznačí, protože uvolňuje chlor). Značení světlých plastů vláknovým laserem může být méně kontrastní, pokud materiál neobsahuje vhodné složky. V takovém případě je vhodnější CO₂ laser, který povrch trochu opálí do hněda.
Celkově ale laser nabízí jedinečnou flexibilitu: lze s ním značit širokou škálu plastů (ABS, polykarbonát, polyamid, PMMA atd. ) a volbou vhodného modelu laseru a parametrů značení se přizpůsobit konkrétnímu polymeru.
Lasery ke značení plastů