Stříbro a jeho slitiny, jako Ag 925 nebo argentan, patří mezi materiály s nejobtížnější laserovou zpracovatelností. Hlavními výzvami jsou vysoká odrazivost a tepelná vodivost.
Při vlnové délce 1064 nm odráží stříbro přibližně 85–95 % dopadajícího světla, takže běžné vláknové lasery mají nízkou absorpci. Pro značení je pak nutné nastavit vysoký špičkový výkon v krátkých pulzech a nízkou rychlost skenování, aby se energie lokálně koncentrovala.
Současně stříbro velmi rychle odvádí teplo do materiálu, což zvyšuje riziko rozlivu taveniny a snižuje kontrast značení. Vzhledem k nízké tvrdosti stříbra je vhodné pracovat s malou hloubkou značení, obvykle pod 0,01 mm, aby nedocházelo k deformaci povrchu.
Další specifikum představuje přirozená tvorba sulfidu a oxidu stříbra, která může snižovat čitelnost značení. Tento jev lze naopak cíleně využít a vhodným nastavením energie pulzu vytvořit tenkou tmavou vrstvu Ag₂O nebo Ag₂S pro kontrastní značení bez výrazného úběru materiálu.
Chování stříbra při laserovém značení se liší podle typu slitiny. Sterlingové stříbro obsahující měď má o něco vyšší absorpci než ryzí stříbro, takže stačí použiít o 5–10 % nižší energie. Hrozí však riziko lokální oxidace mědi, která se může projevit hnědavým zabarvením značení. Slitiny typu argentan (Cu–Ni–Zn) se laserem značí snadněji, protože se opticky i tepelně chovají spíše jako mosaz než jako čisté stříbro.
Důležitá je předúprava povrchu. Pro dosažení stabilního kontrastu a homogenního výsledku značení se doporučuje chemicky či mechanicky odstranit sulfidy a organické nečistoty.
Metody laserového značení
Pro značení stříbra se využívají pulzní laserové procesy, zejména nanosekundové Q-switched nebo MOPA, které minimalizují tepelnou deformaci kovu. Mezi hlavní metody značení stříbra patří:
- Laserové žíhání: Laser, obvykle zelený nebo UV, lokálně zahřeje povrch na cca 150–200 °C bez odpaření materiálu. Vzniklá tenká černá vrstva oxidu stříbrného vytváří hladký a vysoce kontrastní popis, který navíc chrání místo před dalším černáním.
- Laserové gravírování: Vysoký výkon laseru odpaří materiál nad bodem tání (961 °C) a vytvoří fyzickou prohlubeň (cca 0,005–0,01 mm). Tato metoda je pomalejší a invazivnější, ale vytváří hmatatelný reliéf s minimální tepelně ovlivněnou zónou. Je ideální pro hluboké gravírování šperků.
- Laserové matování: Laser s vysokou frekvencí pulzů (>300 kHz) vytváří mikroskopické nanostruktury, které rozptylují světlo. Výsledkem je matný, jakoby „pískovaný“ či mléčný vzhled beze změny barvy. Tato úprava působí dekorativně a díky změněné struktuře povrchu zpomaluje přirozenou oxidaci stříbra až o 50% (dle testů s umělým potem 3% NaCl).
Vhodný typ laseru
Výběr laseru pro stříbro závisí na požadované hloubce značení a citlivosti značeného předmětu na teplo:
- Zelené lasery (532 nm) představují preferovanou volbu pro precizní značení šperků z drahých kovů. Stříbro absorbuje jejich vlnovou délku podstatně lépe než infračervené zíření (cca 45–55%), což umožňuje značit čistě a kontrastně i při nižším výkonu. Zelený laser má velmi malou velikost stopy a značí zahříváním bez hlubokého odpařování. Je ideální pro šperky a tenké kontakty. Nevýhodou je výrazně vyšší cena, nižší rychlost u velkých ploch, a menší odolnost v průmyslovém prostředí.
- Vláknové lasery (1064 nm) jsou lepší volbou v průmyslu. Umožňují hluboké gravírování (> 0,01 mm) a rychlou produkci. Vyžadují však vysoký výkon a přesné ostření, jinak hrozí přehřátí dílu nebo poškození laseru zpětným odrazem. Technologie MOPA (nastavitelná délka pulzu) zde pomáhá dosáhnout lepšího kontrastu při nižším tepelném zatížení.
- Ultrafialové lasery (355 nm) umožňují tzv. „studené značení“. Díky vysoké energii fotonů dochází k fotochemické reakci namísto tepelného tavení. Jsou excelentní pro mikroznačení a součástky extrémně citlivé na teplo, jako mikroelektronika. UV lasery jsou však nejdražší a mají nejnižší výkon.
Ostatní typy laserů
- Modré diodové lasery (450 nm) nabízejí u stříbra vysokou procesní stabilitu díky výborné pohltivosti paprsku, v oblasti precizního mikroznačení však stále zaostávají za zelenými a UV systémy, které disponují výrazně menším průměrem ohniska a mnohem vyšší kvalitou svazku.
- CO₂ lasery (10,6 μm) jsou pro přímé značení holého stříbra nevhodné, neboť odrazivost tohoto kovu pro danou vlnovou délku dosahuje až 99%. Téměř veškerá energie paprsku se od povrchu odrazí, což znemožňuje efektivní absorpci nezbytnou pro vytvoření značení.
Doporučené parametry
Při značení stříbra se vzhledem k jeho vysoké tepelné vodivosti a reflexivitě uplatňuje strategie vysoké energetické hustoty koncentrované do velmi krátkého času. Typická nastavení vláknového nebo zeleného laseru pro stříbrné slitiny (Ag925) mohou vypadat takto:
- Výkon: Pro povrchové kontrastní značení stříbra postačuje výkon 15–25 W. Hluboké gravírování nebo práce na ryzím stříbře (Ag999) vyžaduje 30–50 W, u zelených laserů (532 nm) jsou díky vyšší absorpci tyto hodnoty o 40–50% nižší. Mincovní stříbro (Ag925) vyžaduje o 5–10% nižší výkon než ryzí kov, aby se předešlo oxidaci mědi a hnědému nádechu značení.
- Rychlost skenování: Pro světlé značení a matování (frosting) se volí rychlosti 800–1200 mm/s. Při hluboké gravírování se postupuje výrazně pomaleji (150–300 mm/s), aby laser překonal vysokou tepelnou vodivost materiálu a stačil odebírat vrstvy kovu.
- Frekvence pulzů: Při značení stříbra se využívají střední až vysoké frekvence. Pro standardní kontrastní popis se volí 30–60 kHz, pro jemné matování povrchu (frosting) se používají vysoké frekvence nad 300 kHz, které vytvářejí hustou mikrotexturu rozptylující světlo.
- Délka pulzu: U MOPA laserů je vhodné nastavit velmi krátké pulzy v rozmezí 10–40 ns. Krátký pulz zajistí okamžité dosažení bodu odpařování, čímž se minimalizuje tepelně ovlivněná zóna (HAZ) a zabrání se nežádoucímu tavení okrajů značení.
- Počet průchodů: Pro vytvoření kontrastního oxidovaného popisu obvykle postačují 1–2 průchody. Hluboké gravírování šperků vyžaduje vícecyklové skenování (5–10 i více průchodů) s občasným čištěním povrchu mezi cykly, aby odpařený materiál nebránil další penetraci paprsku.
- Řádkování a fokus: Při značení stříbra se používá velmi hustý překryv řádků (0,01–0,03 mm) k dosažení hladkého a rovnoměrného povrchu značení. Vzhledem k vysoké odrazivosti je kritická přesnost auto-fokusu (ideálně ±0,05 mm). I mírné vyosení v ose Z vede k okamžitému odrazu většiny energie.