فن‌آوریهای نوین نشانه‌گذاری لیزری روی پلاستیک‌ها
۱۳۸۸/۱۰/۱۹
خلاصه
امروزه نیاز فراوان صنایع، نسل جدید دانش موادی، نرم‌افزاری و سخت‌افزاری مواد لیزری را به گونه‌ای به پیش می‌برد که بتوان یک فرآیند سرعت بالای ایجاد دائمی اثر لیزری را جای‌گزین چاپ‌های جوهری مرسوم نمود. این مقاله روش‌شناسی انواع راه‌حل‌های جدید موجود برای دستیابی به نشانه‌گذاری رنگی روی پلاستیک‌ها را ارائه می‌دهد که شامل:
1) دانش موادی نشانه‌گذاری لیزری
2) عملیات قالبگیری اصلی
3) فناوری نرم‌افزاری لیزری
4) ترکیبی از سامانه‌های فوق
می‌باشد.
اولین نوع رنگدانه‌های لیزری که توانست تأییدیه سازمان دارویی و غذایی ایالات متحده امریکا (FDA) برای استفاده در فرآیندهای لیزری را بدست آورد، در کنار روش‌های پرسرعت نشانه‌گذاری متن‌های الفبایی و عددی، گرافیکی و کدهای ایمنی محصول، در این بخش معرفی شده‌اند.
امروزه نیاز فراوان صنایع، نسل جدید دانش موادی، نرم‌افزاری و سخت‌افزاری مواد لیزری را به گونه‌ای به پیش می‌برد که بتوان یک فرآیند سرعت بالای ایجاد دائمی اثر لیزری را جای‌گزین چاپ‌های جوهری مرسوم نمود. این مقاله روش‌شناسی انواع راه‌حل‌های جدید موجود برای دستیابی به نشانه‌گذاری رنگی روی پلاستیک‌ها را ارائه می‌دهد که شامل:
1) دانش موادی نشانه‌گذاری لیزری
2) عملیات قالبگیری اصلی
3) فناوری نرم‌افزاری لیزری
4) ترکیبی از سامانه‌های فوق
می‌باشد.
اولین نوع رنگدانه‌های لیزری که توانست تأییدیه سازمان دارویی و غذایی ایالات متحده امریکا (FDA) برای استفاده در فرآیندهای لیزری را بدست آورد، در کنار روش‌های پرسرعت نشانه‌گذاری متن‌های الفبایی و عددی، گرافیکی و کدهای ایمنی محصول، در این بخش معرفی شده‌اند.
مقدمه
مقالات فنی فراوانی در زمینه مزایای نشانه‌گذاری لیزری و قابلیت تغییر کاربری تجهیزات با این هدف نوشته شده است. با این وجود، اطلاعات اندکی در مورد مهندسی بهینه‌سازی روش‌های نشانه‌گذاری موجود است. لیزرهای با طول موج و شکل موج یکسان، می‌توانند نور را نسبت به جذب و تابش اتمی به طور یکسان تقویت کنند. در هر صورت همه لیزرها نتایج مشابهی در این مورد حاصل نمی‌کنند. توضیح کامل و صحیح سامانه‌های نشانه‌گذاری لیزری نیاز به دانش فراوان موادی و کاربردی از لیزرها دارد.
روش‌شناسی راه‌حل‌های کلی موجود برای دستیابی به نشانه‌گذاری لیزری شامل بخش‌های مهم زیر است:
1) دانش موادی
2) عملیات اصلی قالبگیری
3) فناوری لیزر
4) ترکیب سامانه‌های موجود
لیزرهای Nd:YAG (Neodymium:Yttriuum Aluminum Garnet) که در طول موج 1064 نانومتر عمل می‌کنند، در نزدیکی طیف موج فروسرخ برای واکنش‌های سطحی شیمیایی حرارتی روی بسپارها و در نتیجه نشانه‌گذاری پایدار رنگی با وضوح بالا ایده‌آل هستند. این مقاله بیشتر روی نشانه‌گذاری لیزری YAG متمرکز شده است.
روش‌شناسی انواع راه‌حل‌ها
مقالات فنی فراوانی در زمینه مزایای نشانه‌گذاری لیزری و قابلیت تغییر کاربری تجهیزات با این هدف نوشته شده است. با این وجود، اطلاعات اندکی در مورد مهندسی بهینه‌سازی روش‌های نشانه‌گذاری موجود است. لیزرهای با طول موج و شکل موج یکسان، می‌توانند نور را نسبت به جذب و تابش اتمی به طور یکسان تقویت کنند. در هر صورت همه لیزرها نتایج مشابهی در این مورد حاصل نمی‌کنند. توضیح کامل و صحیح سامانه‌های نشانه‌گذاری لیزری نیاز به دانش فراوان موادی و کاربردی از لیزرها دارد.
روش‌شناسی راه‌حل‌های کلی موجود برای دستیابی به نشانه‌گذاری لیزری شامل بخش‌های مهم زیر است:
1) دانش موادی
2) عملیات اصلی قالبگیری
3) فناوری لیزر
4) ترکیب سامانه‌های موجود
لیزرهای Nd:YAG (Neodymium:Yttriuum Aluminum Garnet) که در طول موج 1064 نانومتر عمل می‌کنند، در نزدیکی طیف موج فروسرخ برای واکنش‌های سطحی شیمیایی حرارتی روی بسپارها و در نتیجه نشانه‌گذاری پایدار رنگی با وضوح بالا ایده‌آل هستند. این مقاله بیشتر روی نشانه‌گذاری لیزری YAG متمرکز شده است.
روش‌شناسی انواع راه‌حل‌ها
1. دانش موادی
روی بسپارهایی می‌توان توسط لیزر اثر گذاشت که نور لیزر را جذب کرده و آن‌را از حالت انرژی نوری به انرژی گرمایی تبدیل می‌کنند. از آنجا که بیشتر بسپارها در 1064 نانومتر خواص جذبی ندارند، متخصصین افزودنی‌ها و پرکننده‌هایی به آنها اضافه می‌کنند تا جذب انرژی لیزری توسط آنها را که خود را به صورت تغییر رنگ نشان می‌دهد (تفكافت) بهبود بخشند.
نشانه‌گذاری لیزری رنگی با تمايز (Contrast) زياد به نوعی دانش و از سوی دیگر هنر است. به‌رغم باور عمومی، یک افزودنی خاص که همه مشکلات در این زمینه را مرتفع کند، وجود ندارد. عموماً پارامترهای لیزری و شیمیایی مختلف بسته به وضوح مطلوب مورد نظر مورد استفاده قرار می‌گیرند. دو نوع واکنش‌های سطحی، در این زمینه جالب توجه به نظر می‌رسند. اولی، فرآیند زغالش سطحی (charring process) است. این واکنش هنگامی رخ می‌دهد که انرژی جذب‌شده دمای محلی ماده موجود در محل تابش را به اندازه‌ای بالا می‌برد که موجب تخریب گرمائي بسپار می‌شود. در حالی‌که این واکنش می‌تواند به سوختگی بسپار در حضور اکسیژن منجر شود، محدود کردن میزان حضور اکسیژن می‌تواند باعث نشانه‌گذاری تیره گردد.
دومی، فرآیند اسفنج شدن است که هنگامی اتفاق می‌افتد که دمای موضعي بسپار در محل تابش به اندازه‌ای زياد است که بسپار با سوختن یا تبخیر شدن از خود گاز متصاعد می‌کند. به این ترتیب، گازهای داغ خود را در محاصره بسپار مذاب می‌بینند و شروع به انبساط با شکل‌دهی حباب می‌کنند. سپس حباب‌ها به سطح آمده و منجر به ایجاد سوراخ یا حفره می‌شوند. اگر انرژی لیزر کنترل شود، اسفنج شدن می‌تواند منجر به تولید حباب‌هایی گردد که نور را به گونه‌ای متفرق کنند که وضوح نشانه‌گذاری بسیار خوبي حاصل شود.
فرمول‌بندي لیزر می‌تواند سمی نباشد و روی ظاهر محصول و یا خواص فیزیکی و کابردی آن تأثیر وارونه داشته باشد. در این واکنش بسپار می‌بایست آنقدر انرژی لیزری جذب نماید تا دمای مقطعی آن به اندازه‌ای افزایش یابد که زغالش یا اسفنج شدن که به صورت تولید علامت دیده می‌شود، حاصل شود.این دما می‌تواند در بسپارهای مختلف (حتی در بسپارهایی از یک خانواده)، متفاوت باشد
روی بسپارهایی می‌توان توسط لیزر اثر گذاشت که نور لیزر را جذب کرده و آن‌را از حالت انرژی نوری به انرژی گرمایی تبدیل می‌کنند. از آنجا که بیشتر بسپارها در 1064 نانومتر خواص جذبی ندارند، متخصصین افزودنی‌ها و پرکننده‌هایی به آنها اضافه می‌کنند تا جذب انرژی لیزری توسط آنها را که خود را به صورت تغییر رنگ نشان می‌دهد (تفكافت) بهبود بخشند.
نشانه‌گذاری لیزری رنگی با تمايز (Contrast) زياد به نوعی دانش و از سوی دیگر هنر است. به‌رغم باور عمومی، یک افزودنی خاص که همه مشکلات در این زمینه را مرتفع کند، وجود ندارد. عموماً پارامترهای لیزری و شیمیایی مختلف بسته به وضوح مطلوب مورد نظر مورد استفاده قرار می‌گیرند. دو نوع واکنش‌های سطحی، در این زمینه جالب توجه به نظر می‌رسند. اولی، فرآیند زغالش سطحی (charring process) است. این واکنش هنگامی رخ می‌دهد که انرژی جذب‌شده دمای محلی ماده موجود در محل تابش را به اندازه‌ای بالا می‌برد که موجب تخریب گرمائي بسپار می‌شود. در حالی‌که این واکنش می‌تواند به سوختگی بسپار در حضور اکسیژن منجر شود، محدود کردن میزان حضور اکسیژن می‌تواند باعث نشانه‌گذاری تیره گردد.
دومی، فرآیند اسفنج شدن است که هنگامی اتفاق می‌افتد که دمای موضعي بسپار در محل تابش به اندازه‌ای زياد است که بسپار با سوختن یا تبخیر شدن از خود گاز متصاعد می‌کند. به این ترتیب، گازهای داغ خود را در محاصره بسپار مذاب می‌بینند و شروع به انبساط با شکل‌دهی حباب می‌کنند. سپس حباب‌ها به سطح آمده و منجر به ایجاد سوراخ یا حفره می‌شوند. اگر انرژی لیزر کنترل شود، اسفنج شدن می‌تواند منجر به تولید حباب‌هایی گردد که نور را به گونه‌ای متفرق کنند که وضوح نشانه‌گذاری بسیار خوبي حاصل شود.
فرمول‌بندي لیزر می‌تواند سمی نباشد و روی ظاهر محصول و یا خواص فیزیکی و کابردی آن تأثیر وارونه داشته باشد. در این واکنش بسپار می‌بایست آنقدر انرژی لیزری جذب نماید تا دمای مقطعی آن به اندازه‌ای افزایش یابد که زغالش یا اسفنج شدن که به صورت تولید علامت دیده می‌شود، حاصل شود.این دما می‌تواند در بسپارهای مختلف (حتی در بسپارهایی از یک خانواده)، متفاوت باشد
هر چه دمای بسپار بالاتر باشد، انرژی لیزری بیشتر، سرعت نشانه‌گذاری کمتر و یا مقدار بیشتری از افزودنی‌های جاذب انرژی برای دستیابی به نشانه‌گذاری یکسان نیاز است.
یکی از پیشرفت‌های جدید در این زمینه یک رنگدانه نشانه‌گذاری لیزری است که توسط شرکت Engelhard معرفی شده است. این نوع افزودنی یک اکسید قلع (Tin) آنتیموان‌دار است که به‌راحتی در بسپارها و سامانه‌های رنگ‌بخش مایع پخش می‌شود. گروه شرکت‌های Engelhard و Sabreen همکاری نزدیکی در این بخش داشته‌اند تا برای مشتریان مزایای کاربردی قابل توجهی حاصل کنند.
این رنگدانه اولین ماده‌ای است که توانسته تأییدیه سازمان دارویی و غذایی ایالات متحده امریکا(FDA) را برای کاربرد در فرآیندهای نشانه‌گذاری لیزری YAGجهت تولید نوشته‌های تیره (نوشته‌های روشن هم با آمیختن با دیگر افزودنی‌ها ممکن است) به‌دست آورد. این محصول، تأییدیه FDA برای استفاده تا بارگذاری‌های 5/0 درصد در پلی‌الفین‌هایی که در تماس مستقیم با غذاها هستند، را داراست.
یکی از پیشرفت‌های جدید در این زمینه یک رنگدانه نشانه‌گذاری لیزری است که توسط شرکت Engelhard معرفی شده است. این نوع افزودنی یک اکسید قلع (Tin) آنتیموان‌دار است که به‌راحتی در بسپارها و سامانه‌های رنگ‌بخش مایع پخش می‌شود. گروه شرکت‌های Engelhard و Sabreen همکاری نزدیکی در این بخش داشته‌اند تا برای مشتریان مزایای کاربردی قابل توجهی حاصل کنند.
این رنگدانه اولین ماده‌ای است که توانسته تأییدیه سازمان دارویی و غذایی ایالات متحده امریکا(FDA) را برای کاربرد در فرآیندهای نشانه‌گذاری لیزری YAGجهت تولید نوشته‌های تیره (نوشته‌های روشن هم با آمیختن با دیگر افزودنی‌ها ممکن است) به‌دست آورد. این محصول، تأییدیه FDA برای استفاده تا بارگذاری‌های 5/0 درصد در پلی‌الفین‌هایی که در تماس مستقیم با غذاها هستند، را داراست.
متخصصین صنایع شامل تولیدکننده‌های مواد اولیه، شرکت‌های مواد افزودنی و شیمیایی، آميزه‌سازها و تولیدکننده‌های لیزر نیاز به یافتن راه‌حل‌های مناسب در این نوع فناوری را به خوبی حس کرده‌اند.
به عنوان مثال،TICONA ( عنوان رسمی آن Hoechst Technical Polymers است.) تولیدکننده همبسپارهای قابل نشانه‌گذاری لیزری استال Celcon عنوان می‌کند که"TICONA و گروه Sabreen برای بهینه‌سازی نشانه‌گذاری لیزری روی استال‌ها با هم همکاری می‌کنند." تلاش مشترک این دو شرکت به سوی یافتن بسپارها، افزودنی‌ها، لیزرها و نرم‌افزارهایی است که قابلیت نشانه‌گذاری لیزری روی مواد با حفظ خواص آنها را دنبال می‌کنند.
سامانه‌های جدیدی که روی نشانه‌گذاری لیزری کار می‌کنند، وعده اثرگذاری دائمی، نوشتن حروف و اعداد با وضوح زياد و طرح‌های گرافیکی با کیفیت فوق‌العاده بدون تأثیر روی خواص بسپار پایه را می‌دهند.
استفاده از این فناوری نسبت به چاپ‌های جوهری می‌تواند صرفه اقتصادی نیز به همراه داشته باشد. به منظور یافتن سامانه‌ای کارا برای نشانه‌گذاری تیره روی روشن، روشن روی تیره یا رنگی نیاز به دانش گسترده و چند بعدی از مواد و برهمکنش آنها با پارامترهای لیزری می‌باشد. بسته به بسپارمورد نظر، از افزودنی‌های مختلفی سازگار با رنگدانه‌ها برای حفظ تعادل رنگ‌ها همراه با نشانه‌گذاری لیزری استفاده می‌شود. در تکمیل گسترش دانش موادی، پارامترهای لیزر YAG از اپتيك، حالت باريكه‌ها، ملزومات انرژی و سرعت هم استفاده می‌کند تا بتواند ویژگی‌های دقیق تجهیزات لیزری را بدست آورد.
2. عملیات اصلی قالبگیری
با پیشرفت بخش موادی این دانش( شامل ایجاد وضوح بالا، پارامترهای لیزر بهینه و ایجاد رنگ مناسب) مرحله بعدی قالبگیری با استفاده از قالب اصلی تولید است. این مرحله برای حصول اطمینان از پخش همگن و توزیع یکنواخت و بهینه مواد لازم جهت نشانه‌گذاری رنگی لیزری روی ماتریس بسیار حیاتی است.
پس از قالبگبری قطعات محصول واقعی تحت عملیات لیزری قرار می‌گیرند تا نتایج اصلی تأیید شود.یک روش انجام این کار، برنامه‌ریزی تابش‌دهنده باريكه لیزر به گونه‌ای است که مداوم روی کل سطح محصول نشانه‌گذاری شود.
به عنوان مثال،TICONA ( عنوان رسمی آن Hoechst Technical Polymers است.) تولیدکننده همبسپارهای قابل نشانه‌گذاری لیزری استال Celcon عنوان می‌کند که"TICONA و گروه Sabreen برای بهینه‌سازی نشانه‌گذاری لیزری روی استال‌ها با هم همکاری می‌کنند." تلاش مشترک این دو شرکت به سوی یافتن بسپارها، افزودنی‌ها، لیزرها و نرم‌افزارهایی است که قابلیت نشانه‌گذاری لیزری روی مواد با حفظ خواص آنها را دنبال می‌کنند.
سامانه‌های جدیدی که روی نشانه‌گذاری لیزری کار می‌کنند، وعده اثرگذاری دائمی، نوشتن حروف و اعداد با وضوح زياد و طرح‌های گرافیکی با کیفیت فوق‌العاده بدون تأثیر روی خواص بسپار پایه را می‌دهند.
استفاده از این فناوری نسبت به چاپ‌های جوهری می‌تواند صرفه اقتصادی نیز به همراه داشته باشد. به منظور یافتن سامانه‌ای کارا برای نشانه‌گذاری تیره روی روشن، روشن روی تیره یا رنگی نیاز به دانش گسترده و چند بعدی از مواد و برهمکنش آنها با پارامترهای لیزری می‌باشد. بسته به بسپارمورد نظر، از افزودنی‌های مختلفی سازگار با رنگدانه‌ها برای حفظ تعادل رنگ‌ها همراه با نشانه‌گذاری لیزری استفاده می‌شود. در تکمیل گسترش دانش موادی، پارامترهای لیزر YAG از اپتيك، حالت باريكه‌ها، ملزومات انرژی و سرعت هم استفاده می‌کند تا بتواند ویژگی‌های دقیق تجهیزات لیزری را بدست آورد.
2. عملیات اصلی قالبگیری
با پیشرفت بخش موادی این دانش( شامل ایجاد وضوح بالا، پارامترهای لیزر بهینه و ایجاد رنگ مناسب) مرحله بعدی قالبگیری با استفاده از قالب اصلی تولید است. این مرحله برای حصول اطمینان از پخش همگن و توزیع یکنواخت و بهینه مواد لازم جهت نشانه‌گذاری رنگی لیزری روی ماتریس بسیار حیاتی است.
پس از قالبگبری قطعات محصول واقعی تحت عملیات لیزری قرار می‌گیرند تا نتایج اصلی تأیید شود.یک روش انجام این کار، برنامه‌ریزی تابش‌دهنده باريكه لیزر به گونه‌ای است که مداوم روی کل سطح محصول نشانه‌گذاری شود.
3. تجهیزات لیزری
تابش‌دهنده‌های لیزری YAG(لامپ قوسي و منبع‌های نور دیودي) به آینه‌هایی که توسط گالوانومترهای کنترل‌شونده با رايانه‌های سرعت بالا باريكه لیزر را به سطح مورد نظر می‌تابانند، تجهیز می‌شوند. این کار کاملاً شبیه نوشتن توسط یک مداد روی کاغذ است. هر گالوانومتر، یکی روی محور x و دیگری روی محور yباريكه را روی سطح حرکت می‌دهند. یک عدسي مسطح نور لیزر را متمرکز می‌کند تا چگالی انرژی زيادي روی سطح ایجاد شود.
تابش‌دهنده‌های لیزری YAG(لامپ قوسي و منبع‌های نور دیودي) به آینه‌هایی که توسط گالوانومترهای کنترل‌شونده با رايانه‌های سرعت بالا باريكه لیزر را به سطح مورد نظر می‌تابانند، تجهیز می‌شوند. این کار کاملاً شبیه نوشتن توسط یک مداد روی کاغذ است. هر گالوانومتر، یکی روی محور x و دیگری روی محور yباريكه را روی سطح حرکت می‌دهند. یک عدسي مسطح نور لیزر را متمرکز می‌کند تا چگالی انرژی زيادي روی سطح ایجاد شود.
همه تابش‌دهندهای لیزر YAG مانند هم ساخته نمی‌شوند. اجزای نرم‌افزاری و سخت‌افزاری که یک تولیدکننده لیزر در سامانه خود استفاده می کند، تأثیر قابل توجهی در کیفیت و سرعت نشانه‌گذاری دارد. یک معیار مهم چگالی انرژی(watts/cm2) در سطح نشانه‌گذاری شونده است. (توجه شود که این مقدار با توان خالص خروجی لیزر متفاوت است.)
حالت(Mode) خروجی باريكه لیزر روی کارایی نشانه‌گذاری بسیار مؤثر است. تولیدکننده‌های لیزرها می‌توانند آنها را با چند حالت بسازند که این حالت‌ها شامل TEM00( حالت الکترومغناطیسی معکوس) یا هر چیزی در این میان شامل حالت‌های با درجه پایین می‌باشد. حالت‌های خروجی به عواملی مانند واگرایی باريكه و توزیع انرژی روی قطر باريكه وابسته هستند.
لیزرهای با حالت‌های درجه پایین و TEM00 بطور خاص برای نشانه‌گذاری برداری با سرعت بالای تک خطی اعداد و حروف الفبای با قلم‌های تيره و ساده و اشکال گرافیکی پیچیده به دلیل توانایی تابش در بخش‌های متمرکز کوچک که نتیجه آن نشانه‌گذاری خطوط خیلی نازک با لبه‌های کاملاً مشخص است، مناسب هستند.
چگالی انرژی تابعی است از اندازه بخش متمرکز لیزری. اندازه بخش متمرکز لیزری برای هر طول عدسي داده شده و طول موج لیزر تابعی از واگرایی باريكه لیزر است که بوسیله پيكربندي (configuration) لیزر، اندازه بخش انتخاب‌کننده حالت و میزان تقویت گسترش‌دهنده باريكه (upcollimator) تعیین می‌شود. سرعت تکرار پالس و چگالی حد نهایی انرژی پارامترهای مهمی در شکل‌دهی نشانه و دست یافتن به وضوح و سرعت بهینه می‌باشند. بالا بودن حد نهایی انرژی در بسامد کم دمای سطح را سریعاً افزایش می‌دهد، ماده موجود را بخار می‌کند در عین اینکه کم‌ترین میزان گرما به ماده از طریق هدایت منتقل می‌شود.
هر چه سرعت تکرار پالس بیشتر شود، انرژی با حد نهایی کوچک‌تر تولید می‌شود و در نتیجه تبخیر حداقل شده و گرمای بیشتری از طریق هدایت انتقال می‌یابد. سرعت باريكه هم در این زمینه عامل تعیین‌کننده‌ای است. نرم‌افزار کنترل لیزر به اندازه هر بخش سخت‌افزاری در سامانه نشانه‌گذاری مهم است.
الگوریتم‌های نرم‌افزاری پیشرفته سرعت‌های مناسب را ممکن می‌سازند. کسانی که با نشانه‌گذاری لیزر چندان آشنا نیستند، گاهی تابش‌دهنده‌های لیزر را با چاپگرها اشتباه می‌کنند. در حقیقت سامانه‌های نشانه‌گذاری لیزر همانند نقشه‌كش‌ها هستند.
با این تفاوت که به جای قراردادن تک‌تک پیکسل‌ها در کنار یکدیگر برای ساختن حروف، اعداد و اشکال گرافیکی ، لیزر این کار را با ترسیم خطوط دقیقاً مانند نوشتن با مداد روی کاغذ انجام می‌دهد. بدون توجه به فرمت فایل اولیه ورودی که از قبل جهت نشانه‌گذاری‌های استفاده می‌شد، همه نشانه‌گذاری‌ها به ساده‌ترین شکل ممکن تقلیل می‌یابد به‌گونه‌ای‌که فهرستي از خطوط برداری توسط نوک دستگاه جارو (اسکن) شده و توسط لیزر نشانه‌گذاری می‌گردد. فرمت‌های اولیه پیچیده که توسط مهندسین طراح استفاده می‌شود، لزوماً به بهترین(یا سریعترین) شکل ممکن با لیزر نشانه‌گذاری نمی‌شود.
فهم کامل از دانش موادی، عملیات اصلی قالبگیری و تجهیزات و نرم‌افزار لیزر به منظور یافتن سطح بهینه واکنش بسپار، کیفیت نشانه‌گذاری، وضوح و سرعت تولید بالا کاملاً ضروری است.
حالت(Mode) خروجی باريكه لیزر روی کارایی نشانه‌گذاری بسیار مؤثر است. تولیدکننده‌های لیزرها می‌توانند آنها را با چند حالت بسازند که این حالت‌ها شامل TEM00( حالت الکترومغناطیسی معکوس) یا هر چیزی در این میان شامل حالت‌های با درجه پایین می‌باشد. حالت‌های خروجی به عواملی مانند واگرایی باريكه و توزیع انرژی روی قطر باريكه وابسته هستند.
لیزرهای با حالت‌های درجه پایین و TEM00 بطور خاص برای نشانه‌گذاری برداری با سرعت بالای تک خطی اعداد و حروف الفبای با قلم‌های تيره و ساده و اشکال گرافیکی پیچیده به دلیل توانایی تابش در بخش‌های متمرکز کوچک که نتیجه آن نشانه‌گذاری خطوط خیلی نازک با لبه‌های کاملاً مشخص است، مناسب هستند.
چگالی انرژی تابعی است از اندازه بخش متمرکز لیزری. اندازه بخش متمرکز لیزری برای هر طول عدسي داده شده و طول موج لیزر تابعی از واگرایی باريكه لیزر است که بوسیله پيكربندي (configuration) لیزر، اندازه بخش انتخاب‌کننده حالت و میزان تقویت گسترش‌دهنده باريكه (upcollimator) تعیین می‌شود. سرعت تکرار پالس و چگالی حد نهایی انرژی پارامترهای مهمی در شکل‌دهی نشانه و دست یافتن به وضوح و سرعت بهینه می‌باشند. بالا بودن حد نهایی انرژی در بسامد کم دمای سطح را سریعاً افزایش می‌دهد، ماده موجود را بخار می‌کند در عین اینکه کم‌ترین میزان گرما به ماده از طریق هدایت منتقل می‌شود.
هر چه سرعت تکرار پالس بیشتر شود، انرژی با حد نهایی کوچک‌تر تولید می‌شود و در نتیجه تبخیر حداقل شده و گرمای بیشتری از طریق هدایت انتقال می‌یابد. سرعت باريكه هم در این زمینه عامل تعیین‌کننده‌ای است. نرم‌افزار کنترل لیزر به اندازه هر بخش سخت‌افزاری در سامانه نشانه‌گذاری مهم است.
الگوریتم‌های نرم‌افزاری پیشرفته سرعت‌های مناسب را ممکن می‌سازند. کسانی که با نشانه‌گذاری لیزر چندان آشنا نیستند، گاهی تابش‌دهنده‌های لیزر را با چاپگرها اشتباه می‌کنند. در حقیقت سامانه‌های نشانه‌گذاری لیزر همانند نقشه‌كش‌ها هستند.
با این تفاوت که به جای قراردادن تک‌تک پیکسل‌ها در کنار یکدیگر برای ساختن حروف، اعداد و اشکال گرافیکی ، لیزر این کار را با ترسیم خطوط دقیقاً مانند نوشتن با مداد روی کاغذ انجام می‌دهد. بدون توجه به فرمت فایل اولیه ورودی که از قبل جهت نشانه‌گذاری‌های استفاده می‌شد، همه نشانه‌گذاری‌ها به ساده‌ترین شکل ممکن تقلیل می‌یابد به‌گونه‌ای‌که فهرستي از خطوط برداری توسط نوک دستگاه جارو (اسکن) شده و توسط لیزر نشانه‌گذاری می‌گردد. فرمت‌های اولیه پیچیده که توسط مهندسین طراح استفاده می‌شود، لزوماً به بهترین(یا سریعترین) شکل ممکن با لیزر نشانه‌گذاری نمی‌شود.
فهم کامل از دانش موادی، عملیات اصلی قالبگیری و تجهیزات و نرم‌افزار لیزر به منظور یافتن سطح بهینه واکنش بسپار، کیفیت نشانه‌گذاری، وضوح و سرعت تولید بالا کاملاً ضروری است.
4. ترکیب سامانه‌های موجود
آخرین مرحله ممکن ترکیبی از راه حل‌های موجود به شکل جمع‌بندی تجهیزات نشانه‌گذاری لیزری با سامانه‌های انتقال مواد است.
اتوماسیون نامحدود، روباتیک و ماشین‌های تصویری موجود در انواع چیدمان‌ها و ایمنی لیزر باید به گونه‌ای باشد که بتواند استانداردهای ANSI Z136 را برآورده نماید.
روز به روز بر میزان کاربرد نشانه‌گذاری لیزری به جای چاپ‌های جوهری قدیمی افزوده می‌شود.
یک مثال جالب نشانه‌گذاری لیزری موسوم به "در هوا" برای نشانه‌گذاری لیزری پشت بطری‌های نوشیدنی با استفاده از پلی‌الفین‌های اصلاح شده برای این کاربرد است.
سامانه‌های دارای دو حالت توانایی نشانه‌گذاری 1200 درب بطری در هر دقیقه را دارا هستند.
داخل هر درب بطری باید یک شماره سریال 4 خطی تشکیل شده از حروفی با ارتفاع 2/30 میلی‌متر نوشته شود.
بررسی اقتصادی نشانه‌گذاری لیزری
نشانه‌گذاری لیزری بدون تماس YAG می‌تواند ترکیب ارزشمندی از مهارت، سرعت، دوام، کیفیت و حتی در غالب موارد ارزانتر از چاپ جوهری فراهم نماید. مقایسه هزینه‌ها در جدول زیر یک مورد مطالعاتی واقعی است و نمایش‌دهنده میزان صرفه‌جویی اقتصادی‌ای است که می تواند با کاربرد این نوع فناوری حاصل شود.
نتیجه‌گیری
روش‌شناسی راه‌حل‌های کلی برای رسیدن به وضوح بالا و نشانه‌گذاری رنگی لیزری که در این مقاله مورد بحث قرار گرفت، دارای مزایای بسیاری در استفاده روی بسپارهایی مانند آکریلونیتریل بوتادی‌ان استایرن(ABS)، پلي‌استال (POM)، نایلون (PA)، پلی‌کربنات (PC)، پلی‌الفین‌ها، پلی‌بوتادی‌ان ترفتالات(PBT)، پلی‌فنیلن سولفید(PPS)، پلی‌استایرن (PS)، پلی‌وینیل‌کلرید(PVC)، لاستيك‌هاي گرمانرم (TPO) و پلي‌يورتان‌هاي گرمانرم (TPU) می‌باشد.
مهندسی همزمان بخش موادی، عملیات اصلی قالبگیری، ویژگی‌های بهینه تجهیزات لیزر و ترکیبی از آنها منجر به تولید نشانه‌گذاری لیزری به صورت رباتیک خواهد شد.
مقایسه هزینه‌های چاپ با نشانه‌گذاری لیزری YAG(لامپ آرک)1
آخرین مرحله ممکن ترکیبی از راه حل‌های موجود به شکل جمع‌بندی تجهیزات نشانه‌گذاری لیزری با سامانه‌های انتقال مواد است.
اتوماسیون نامحدود، روباتیک و ماشین‌های تصویری موجود در انواع چیدمان‌ها و ایمنی لیزر باید به گونه‌ای باشد که بتواند استانداردهای ANSI Z136 را برآورده نماید.
روز به روز بر میزان کاربرد نشانه‌گذاری لیزری به جای چاپ‌های جوهری قدیمی افزوده می‌شود.
یک مثال جالب نشانه‌گذاری لیزری موسوم به "در هوا" برای نشانه‌گذاری لیزری پشت بطری‌های نوشیدنی با استفاده از پلی‌الفین‌های اصلاح شده برای این کاربرد است.
سامانه‌های دارای دو حالت توانایی نشانه‌گذاری 1200 درب بطری در هر دقیقه را دارا هستند.
داخل هر درب بطری باید یک شماره سریال 4 خطی تشکیل شده از حروفی با ارتفاع 2/30 میلی‌متر نوشته شود.
بررسی اقتصادی نشانه‌گذاری لیزری
نشانه‌گذاری لیزری بدون تماس YAG می‌تواند ترکیب ارزشمندی از مهارت، سرعت، دوام، کیفیت و حتی در غالب موارد ارزانتر از چاپ جوهری فراهم نماید. مقایسه هزینه‌ها در جدول زیر یک مورد مطالعاتی واقعی است و نمایش‌دهنده میزان صرفه‌جویی اقتصادی‌ای است که می تواند با کاربرد این نوع فناوری حاصل شود.
نتیجه‌گیری
روش‌شناسی راه‌حل‌های کلی برای رسیدن به وضوح بالا و نشانه‌گذاری رنگی لیزری که در این مقاله مورد بحث قرار گرفت، دارای مزایای بسیاری در استفاده روی بسپارهایی مانند آکریلونیتریل بوتادی‌ان استایرن(ABS)، پلي‌استال (POM)، نایلون (PA)، پلی‌کربنات (PC)، پلی‌الفین‌ها، پلی‌بوتادی‌ان ترفتالات(PBT)، پلی‌فنیلن سولفید(PPS)، پلی‌استایرن (PS)، پلی‌وینیل‌کلرید(PVC)، لاستيك‌هاي گرمانرم (TPO) و پلي‌يورتان‌هاي گرمانرم (TPU) می‌باشد.
مهندسی همزمان بخش موادی، عملیات اصلی قالبگیری، ویژگی‌های بهینه تجهیزات لیزر و ترکیبی از آنها منجر به تولید نشانه‌گذاری لیزری به صورت رباتیک خواهد شد.
مقایسه هزینه‌های چاپ با نشانه‌گذاری لیزری YAG(لامپ آرک)1
- نشانه‌گذاری لیزری YAG چاپ هزینه‌های مستقیم
- 50000$ تا 120000$ 80000$ تجهیزات اولیه2
- 6500$ یا کمتر 25000$ تا 45000$ مصرف سالیانه3
- 0$ 175000$ تا 250000$ هزینه‌های صفحه(کلیشه) سالیانه
- گران هزینه‌های پنهان
1. این مقایسه با فرض تولید 50 تا 100 قطعه در هر روز انجام شده است
2. این هزینه‌ها برای چاپ شامل یک چاپگر با آخرین فناوری و ترکیبی از رايانه و صفحه‌ساز (Platemaker ( لیزر است و شامل هزینه‌های اتوماسیون نمی‌شود و از سوی دیگر برای نشانه‌گذاری لیزری در برگیرنده یک سامانهClass 1 CDRH شامل نمايه‌ي چرخشی نوبت‌گذاری است.
3. در این قسمت برای چاپ هزینه مصرف الکتریسیته لحاظ نشده است. هزینه تخمینی الکتریسیته و آب در یک سامانه لیزری حدود 75 سنت در هر ساعت (بسته به الکتریسیته محلی و سرعت آب) می‌باشد. با در نظر گرفتن 3 شیفت کاری و 365 روز در سال عدد 6500$ بدست آمده است.
4 کاربر سامانه لیزری از بازه وسیعی از خدمات که اندازه‌گیری هزینه آنها مشکل است، معاف است که این موارد شامل:
• سفارش دادن، دریافت، امتحان، ذخیره‌سازی و انتقال جوهر، حلال و دیگر مواد
• انتقال زباله‌های مضر
• تغییر کاربری دستگاه در زمان‌های مشخص
• عملیات سواركردن اضافی
• آزمون قطعات چاپ‌شده و خارج‌ساختن قطعات ناقص
1. این مقایسه با فرض تولید 50 تا 100 قطعه در هر روز انجام شده است
2. این هزینه‌ها برای چاپ شامل یک چاپگر با آخرین فناوری و ترکیبی از رايانه و صفحه‌ساز (Platemaker ( لیزر است و شامل هزینه‌های اتوماسیون نمی‌شود و از سوی دیگر برای نشانه‌گذاری لیزری در برگیرنده یک سامانهClass 1 CDRH شامل نمايه‌ي چرخشی نوبت‌گذاری است.
3. در این قسمت برای چاپ هزینه مصرف الکتریسیته لحاظ نشده است. هزینه تخمینی الکتریسیته و آب در یک سامانه لیزری حدود 75 سنت در هر ساعت (بسته به الکتریسیته محلی و سرعت آب) می‌باشد. با در نظر گرفتن 3 شیفت کاری و 365 روز در سال عدد 6500$ بدست آمده است.
4 کاربر سامانه لیزری از بازه وسیعی از خدمات که اندازه‌گیری هزینه آنها مشکل است، معاف است که این موارد شامل:
• سفارش دادن، دریافت، امتحان، ذخیره‌سازی و انتقال جوهر، حلال و دیگر مواد
• انتقال زباله‌های مضر
• تغییر کاربری دستگاه در زمان‌های مشخص
• عملیات سواركردن اضافی
• آزمون قطعات چاپ‌شده و خارج‌ساختن قطعات ناقص
برگردان: مهندس امیر اسلامیان فخر
Amir_e_fakhr@yahoo.com
Amir_e_fakhr@yahoo.com
0 ارسال نظرات:
ارسال یک نظر
با نظرات خود ما را در هر چه بهتر کردن وبلاگ یاری کنید