Od sredine{0}}, laseri se koriste za označavanje, graviranje i rezanje. Prva svjetska mašina za lasersko označavanje razvijena je 1965. godine za buduće bušenje rupa u kalupima za proizvodnju dijamanata, a tehnologija je potom brzo dobila zamah.
Rano uvođenjeCO2 laseri za obeležavanjedogodio se 1967. godine, a tehnologija je dostigla zrelost sredinom-1970a kroz komercijalizaciju modernih CO2 laserskih sistema. Od tada, laserski sistemi za označavanje postali su oslonac u širokom spektru industrija, od vazduhoplovstva do proizvodnje medicinskih uređaja, farmaceutskih proizvoda i maloprodaje.
Uprkos tome što se takmiče s drugim tehnologijama kao što je inkjet štampa, laseri su označeni kao moćna, jeftina i ponovljiva tehnologija za označavanje. Važno je da je proces ekološki prihvatljiv i ne zahtijeva potrošni materijal (kao što su mastilo, kertridži i papir). Sada se sistemi laserskog označavanja više ne oslanjaju samo na CO2 lasere; drugi, kao što su fiber laseri i Nd:YAG izvori svjetlosti u čvrstom stanju, nude manje površine, niže troškove održavanja i efikasne alternative; i napredak u tehnološkim sposobnostima je evidentan. Najbrže komercijalne mašine za lasersko obeležavanje sada mogu da obrađuju desetine hiljada delova na sat.
Iako je evolucija tehnologije laserskog označavanja bila brza, proizvođači i korisnici laserskih sistema za označavanje sada traže nove puteve kako bi pomjerili granice tehnologije označavanja kako bi odgovorili na nove izazove i poboljšali rezultate obrade.
Lasersko označavanje keramičkih kola
Ovi izazovi potiču od novih materijala koji se obrađuju i novih aplikacija koje treba poslužiti - svaka pokreće potrebu za rastom i inovacijama dok oblikuje tržište za razvoj laserskih sistema.
Na primjer,keramikesu jedan od najbrže rastućih materijala u laserskoj obradi, a ovaj materijal je posebno važan u proizvodnji poluvodičkih dijelova i ploča. Često se nazivaju "majkom svih proizvoda elektronskih sistema", štampane ploče (PCB) su komponenta koja se koristi u gotovo svim elektronskim proizvodima, a male promene u razvoju PCB-a imaju značajan uticaj na tržišne trendove.
Posljednjih godina fokus se pomjerio na upotrebu keramike u konvencionalnim štampanim pločama (PCB), koje su napravljene od plastičnih epoksidnih smola kao što je FP4. Keramičke ploče nude odličnu termičku obradu, jednostavne su za implementaciju i pružaju superiorne performanse u poređenju sa ne-keramičkim PCB-ima. Međutim, mnoge tehnike označavanja – kao što je obrada ekrana nisu prikladne za keramiku. Označavanje keramike mastilom je glomazno, zahtijeva nekoliko potrošnih materijala i nije otporno na abraziju. Krtost i tvrdoća keramike ih također čine jednim od materijala koje je teže označiti.
Kao rezultat toga, laseri su postali istaknuti posljednjih godina kao alternativa tehnologiji tiskanja tintom, a mnoge laserske kompanije razvile su sisteme posebno prikladne za keramičke oznake, kao što su UV laseri u čvrstom stanju sa pumpom diodom, kao i konvencionalni CO2 laseri.
"Ovo uključuje trend prema minijaturizaciji", kaže Andrew May, direktor kompanije za lasersko označavanje. Međutim, naglašava da za uvođenje novih tržišnih trendova također treba vremena: "Da li svake sedmice postoji nova aplikacija? Ne. Ali prije 15 godina nikada nismo obilježavali minijaturnu keramiku, a sada imamo."
Fleksibilniji materijali, oblici i veličine
Međutim, uprkos brzom rastu, keramičko obeležavanje u elektronici trenutno nije najveće tržište kompanije za lasersko obeležavanje. "Najveća industrija za nas su medicinski uređaji," kaže Andrew May, "zatim automobilska, elektronika i opće inženjerske komponente. Raspon potrebnih proizvoda uvelike varira ovisno o industriji i industriji o kojoj je riječ."
Kompanija ima osam laserskih sistema (od kojih je pet na pocinčani pogon) koji pružaju usluge obeležavanja za širok spektar primena. Zbog toga, i zato što kompanija uvijek stiče nove kupce sa posebnim zahtjevima - May naglašava da je sposobnost fleksibilnosti od vitalnog značaja. Kao rezultat, koristi lasere pogodne za označavanje različitih materijala, oblika i veličina, kao i različitih veličina serija. Raspon markera koje može ponuditi je također raznolik kao i baza kupaca, sa svojim laserima koji mogu proizvesti sve, od kodova do grafike i matrica podataka - sve pri velikim brzinama i uz visoku ponovljivost.
Udovoljavanje ovoj fleksibilnosti je stoga neophodno za proizvođače mašina za lasersko obeležavanje kao što su nprBluhm Systeme.
Potražnja za sljedivosti komponenti raste
Drugi važan trend u oblasti laserskog označavanja je osiguranje i usavršavanje sljedivosti – individualna identifikacija proizvoda pomoću jedinstvene identifikacijske oznake na njegovoj površini. Ovo označavanje može imati različite oblike, ali sve popularnija i važnija je upotreba matrica podataka kao što su dvodimenzionalni kodovi (QR kodovi).
Označavanjem pojedinačnog proizvoda vlastitim jedinstvenim kodom matrice podataka, može se lako identificirati na nenametljiv način s ključnim detaljima kao što su proizvođač, broj serije i vijek trajanja. To osigurava osiguranje kvaliteta: potrošači i korisnici mogu odrediti tačno porijeklo proizvoda. Ovo osiguranje kvaliteta stvara direktnu vezu između potrošača i proizvođača i daje dodanu vrijednost proizvodu, omogućavajući im da se takmiče sa nižom proizvodnjom. Zbog svoje nevjerovatne preciznosti, laser je idealan za pisanje detaljnih kodova veličine čak 200 μm – premalih da bi ga netko u prolazu vidio, ali se lako provjerava pametnim telefonom ako osoba zna svoju lokaciju. U takvim veličinama, matrice podataka se mogu koristiti u svrhu borbe protiv krivotvorenja, što olakšava provjeru autentičnosti visokokvalitetne robe na nenametljiv način. Ovo ima ogroman utjecaj na farmaceutsku industriju jer je način da se osigura da se lijekovi kao što su tablete ne proizvode i distribuiraju na prevaru.
Sljedivost komponenti također igra važnu ulogu kada se koristi kao dokaz u parnicama. Na primjer, ako neko ima medicinsku transplantaciju i transplantacija ne uspije, sljedivost mu omogućava da zna tačno šta je pošlo po zlu, gdje je pošlo po zlu i u kojoj seriji je pošlo po zlu. Ovo svakako povećava efikasnost u stvarima kao što je opoziv proizvoda, ali takođe daje kupcu veću autonomiju. Možda to nije očigledno, ali kako društvo postaje sve više zainteresovano za sudske sporove, tehnologija koja može poboljšati sudske presude moraće da ide u korak.
Sljedivost također doprinosi još jednom trendu u proizvodnji: poboljšanju ekološke održivosti i smanjenju ekološkog utjecaja. Praćenjem proizvoda kako bi znali kada pokvari, ili znajući kada dođe do kraja svog životnog ciklusa, proizvođači su u mogućnosti da proaktivno zamjenjuju i recikliraju. To također znači da se proizvodi mogu vratiti na renoviranje kako je predviđeno, tako da manje opreme može završiti na deponijama.
Međutim, trenutni sistemi označavanja matrice podataka suočavaju se sa mnogim izazovima. Određeni materijali otežavaju rukovanje - posebno staklo i polimeri, kao i tanki metali i folije. Označavanje takođe mora biti trajno i stabilno, a sistem mora biti u stanju da prihvati širok spektar veličina proizvoda.
Poseban izazov za neke mašine za lasersko obeležavanje predstavlja obeležavanje na neplanarnim površinama. Inkjet štampači i dalje brojčano nadmašuju sisteme zasnovane na laserima u ovoj oblasti. Kao rezultat toga, sistemski inženjeri rade na prevazilaženju ovih izazova. Na primjer, neki proizvođači laserskih sistema za označavanje nude CO2 i lasere s vlaknima prosječne snage 20-500 W i različitih vremena ciklusa, opremljene optikom za fokusiranje za automatsko podešavanje za upotrebu na 3D površinama koje se mogu prilagoditi zakrivljenosti objekat. Da bi se uzele u obzir površine nepoznate geometrije, sistemi koriste sistem autofokusnog vida koji prvo skenira 3D površinu, a zatim podešava fokus lasera tokom procesa obeležavanja.
Međutim, neravne površine nisu jedini izazov sa kojim se suočavaju proizvođači sistema za lasersko označavanje. Dr. Florent Thibaut, izvršni direktor proizvođača rješenja za lasersko označavanje, objašnjava: "U mnogim slučajevima, rješenja za označavanje koja su standardizirana globalno, kao što je inkjet, nisu u stanju da ispune zahtjeve potrebne za obezbjeđivanje specifične oznake za svaki proizvod. Trenutno , uobičajena upotreba lasera je već dostupna kao kontinuirana metoda, baš kao i korištenje olovke. Međutim, to nije dovoljno brzo - moramo pronaći rješenje koje balansira obim proizvodnje i preciznost."
Utječe na sekvencijalno označavanje jer se lasersko označavanje mora mijenjati za svaki proizvod, tako da je kritično imati tehnologiju označavanja koja se može prilagoditi svakom proizvodu. Proizvođači zahtijevaju izuzetno visoku propusnost – označavanje se mora prilagoditi i stopa označavanja mora biti visoka – a to čak ni ne uzima u obzir poteškoće obrade određenih materijala kao što su staklo ili polimeri.
Da bi riješio ovaj problem, proizvođač rješenja za lasersko obilježavanje patentirao je svoju VULQ1 tehnologiju, koja je osvojila nagradu za inovaciju laserskih sistema na ovogodišnjem Laser World Photonics Industrial Production Engineering, koja se ne odlučuje za korištenje jednog kontinuiranog snopa svjetlosti (kao što je slučaj sa konvencionalnim sistemima označavanja). Umjesto toga, koristi stotine svjetlosnih snopova da bi proizveo efekat poput pečata - proizvodeći cijeli kod matrice podataka u trenu. Metoda koja se koristi za proizvodnju ovog jedinstvenog pečata je dinamičko oblikovanje snopa, koje se postiže korištenjem komponenti kao što je Spatial Light Modulator (SLM), koji se može prilagoditi na osnovu svakog snimka kako bi se stvorile zrake s jedinstvenom strukturom.
Dok druge tehnologije laserskog označavanja mogu dati prednost visokim stopama ponavljanja za visoku propusnost, ova tehnologija koristi veću energiju impulsa i paralelnu obradu za bolje rezultate.
Thibaut kaže: "Ova šema označavanja nalik na pečate otključava ogroman potencijal produktivnosti za 2D barkod označavanje i jednostavna je za implementaciju."
Na primjer, njegova tehnologija se može koristiti za označavanje PVC medicinskih dijelova sa 570-μm širokim podatkovnim matričnim kodom brzinom od 77,000 na sat. Ostali materijali koje sistem može označiti uključuju aluminijum obložen HDPE polimerom; natrijum-kalc staklo; borosilikatnog stakla, čistog zlata i epoksidnog kompozita.
Thibault dodaje: "Veličine uzoraka mogu biti male i do 100 μm uz zadržavanje savršeno jasne čitljivosti, čak i kada se označavaju u pravoj liniji, jer su sve tačke označene istovremeno." Štaviše, budući da se ne mora oslanjati na visoke frekvencije ponavljanja, tehnologija može izgraditi sisteme koristeći gotove infracrvene i zelene Nd:YAG lasere sa frekvencijama ponavljanja od oko 20-30Hz, osiguravajući da njeni sistemi ostati što je moguće isplativiji.
Ultrabrzi laser pretvara staklo u skladište podataka
Još jedna uzbudljiva nova oblast laserskog obeležavanja je skladištenje podataka. Istraživači tvrde da mogu proizvesti efikasne sisteme za skladištenje podataka koristeći ultrabrze lasere za kodiranje podataka u staklene/kristalne medije. Podaci se pohranjuju u staklu/kristalu u obliku mikroablacije, a jednom proizvedeni, moći će se sačuvati nevjerovatno dugo.
Godine 2013.Hitachinajavio svoj prvi sistem za skladištenje podataka od kristala kvarca, a 2014. godine istraživači sa Istraživačkog centra za optoelektroniku (ORC) Univerziteta u Sautemptonu najavili su razvoj femtosekundnog laserski urezanog staklenog sistema. ORC je počeo da sarađuje sa Microsoft Research-om na "Projektu Silica" ORC je počeo da radi sa Microsoft Research-om na "Projektu Silica", koji obećava razvoj sistema za skladištenje podataka obima zb i "fundamentalno preispitivanje kako da se izgradi sistem za masovno skladištenje podataka.
Međutim, pisanje na staklu nije lak zadatak, a standardni pulsni UV ili CO2 laserski sistemi mogu stvoriti mikropukotine - prekomjerno zagrijavanje površine materijala može dovesti do oštećenja na termalnim vrućim tačkama. Iako se ovo može zaobići smanjenjem energije impulsa, nije idealno kada je potrebna visoka preciznost. Zbog toga se istraživači okreću ultra brzim (femtosekundnim) laserskim sistemima kako bi smanjili rizik od termičkog oštećenja. Ultra-kratko trajanje visokoenergetskog impulsa osigurava da se materijalu isporuči dovoljno energije da ga označi s ekstremnom preciznošću, stvarajući samo minimalne zone pod utjecajem topline i izbjegavajući mikropukotine.
Trenutno ograničenje ove tehnologije je izuzetno mala brzina pisanja podataka, a pisanje podataka na Tb skali može potrajati godinama. Srećom, tekuća otkrića sugeriraju načine za povećanje brzine pisanja podataka. Prošle godine, istraživači ORC-a objavili su energetski efikasnu metodu laserskog pisanja u časopisu Optica: ne samo da je ova metoda brza, već može pohraniti oko 500 Tb podataka na diskove veličine CD-a - njih je 10,000 puta gušće od Blu-ray Disc tehnologije skladištenja.
Nova metoda istraživača koristi laser sa vlaknima od 515 nm sa frekvencijom ponavljanja od 10 MHz i trajanjem impulsa od 250 fs za stvaranje sićušnih rupica u silicijum staklu, koje sadrže pojedinačne nanolaminarne strukture dimenzija samo 500 × 50 nm. Ove nanostrukture visoke gustine mogu se koristiti za dugotrajno skladištenje optičkih podataka. Istraživači su postigli brzinu pisanja od 1,000,000 voksela u sekundi, što je ekvivalentno snimanju oko 225 KB podataka (više od 100 stranica teksta) u sekundi.
Nova metoda je korištena za pisanje 5 GB tekstualnih podataka na disk od silikonskog stakla veličine konvencionalnog CD-ROM-a sa gotovo 100% tačnosti čitanja. Svaki voksel sadrži četiri bita informacija, pri čemu svaka dva voksela odgovaraju jednom tekstualnom karakteru. Koristeći gustinu pisanja koju daje metoda, disk će moći držati 500 Tb podataka. Nadogradnjom sistema za paralelno pisanje trebalo bi biti izvodljivo napisati toliko podataka za oko 60 dana, kažu istraživači.
