Znakowanie laserowe na szkle: rewolucja LASIT

Zastosowania i zalety znakowania laserowego na szkle

Szkło jest materiałem pochodzenia naturalnego, składającym się głównie z krzemionki _(SiO2). Jest to amorficzne ciało stałe, a zatem jego atomy są sztywne jak w krysztale, ale nieuporządkowane jak w cieczy, a zatem są porównywalne do przechłodzonych cieczy o bardzo wysokiej lepkości.

Większość dostępnego na rynku szkła składa się nie tylko z krzemionki; do tego materiału dodawane są inne związki, które modyfikują właściwości szkła i sprawiają, że nadaje się ono do różnych zastosowań. Jednak dodanie substancji do kompozycji zmienia „laserowalność” materiału.

Szkło przemysłowe ma bardziej jednolitą strukturę i dlatego lepiej nadaje się do obróbki laserowej. Z drugiej strony, szkło wytwarzane ręcznie jest mniej odpowiednie do obróbki laserowej. W tym przypadku to właśnie kunszt rzemieślniczy może prowadzić do niespójności w składzie i strukturze, takich jak mikropęknięcia, które pod wpływem ciepła generowanego przez laser mogą spowodować pęknięcie szkła.

Przezroczystość, zwartość i jednorodność strukturalna, całkowita obojętność chemiczna i biologiczna, nieprzepuszczalność dla cieczy, gazów, oparów i mikroorganizmów, niezmienność w czasie, sterylność i doskonała kompatybilność ekologiczna dzięki możliwości recyklingu nieograniczoną liczbę razy. Są to wyjątkowe właściwości szkła, wykonanego w całości z naturalnych substancji.

Cechą charakterystyczną szkła jest jego niska tolerancja na rozszerzalność cieplną. Gdy szkło jest poddawane działaniu lasera, powstają pęknięcia na poziomie mikroskopijnym, powodujące znakowanie lub cięcie.

W zależności od rodzaju szkła, proces znakowania może odbywać się na różne sposoby.

• Szkło sodowo-wapniowe:

Szkło sodowo-wapniowe jest najpopularniejszym rodzajem szkła. Używane do produkcji okien, butelek, szklanych zastaw stołowych i innych przedmiotów codziennego użytku, dobrze nadaje się do obróbki laserowej.

W przypadku tego typu szkła znakowanie uzyskuje się poprzez generowanie tysięcy mikropęknięć na powierzchni szkła. Szok termiczny powoduje, że szkło rozszerza się i, będąc sztywnym materiałem, pęka. Rezultatem jest nieprzezroczysty znak o satynowym wyglądzie, dość podobny do obróbki tradycyjnymi metodami, ale przy znacznie niższych kosztach.

Niektóre przykłady zastosowań można znaleźć w przemyśle dekoracyjnym (dekoracja szklanych kieliszków i zastawy stołowej, szkło okienne, ogólnie szkło wewnętrzne), w przemyśle motoryzacyjnym (grawerowanie kodów identyfikacyjnych na szybach samochodowych), w produkcji szkła laboratoryjnego (grawerowanie skal z podziałką).

• Szkło kwarcowe

Szkło kwarcowe uzyskuje się poprzez stapianie kwarcu zamiast krzemionki. Charakteryzuje się wysoką odpornością na temperaturę, doskonałą przepuszczalnością optyczną i wysoką odpornością na korozję.

Obróbka szkła kwarcowego za pomocą lasera_CO2 odbywa się poprzez stapianie powierzchni. Stapianie materiału zmienia strukturę kratową szkła, zmieniając załamanie światła w stosunku do reszty powierzchni, co skutkuje rozpoznawalnym znakiem.

• Szkło borowo-krzemowe

Szkło borokrzemowe, znane również pod nazwą handlową Pyrex, otrzymuje się poprzez dodanie minerałów takich jak bor do krzemionki wraz z innymi związkami. W wyniku reakcji chemicznej powstaje szkło o doskonałej odporności na rozszerzalność cieplną. Z tego powodu jest ono szeroko stosowane w produkcji zastawy stołowej i wypieków. Szkło borokrzemowe może być znakowane za pomocą lasera_CO2.

Zalety lasera na szkle w porównaniu z innymi technologiami:

Laserowe wytrawianie szkła to niezwykle wydajny proces, który okazał się ekonomicznie opłacalny zarówno w przypadku małych serii produkcyjnych, jak i produkcji masowej.

Taki grawerunek:

• jest odporny na zużycie, ale także na korozję i kontakt z agresywnymi substancjami, takimi jak stężone detergenty lub kwasy.
• Koszty są niskie, ponieważ nie ma materiałów eksploatacyjnych (sprayów, tuszu, past itp.).
• Szybkość, nawet podczas zmiany formatu: można oznaczać różne produkty bez przestojów.
• Wysoka rozdzielczość, nawet w przypadku bardzo małych oznaczeń.

W porównaniu z procesami takimi jak piaskowanie szkła lub trawienie mechaniczne:

• Grawerowanie laserowe nie ma ograniczeń projektowych: piaskowanie jest mniej precyzyjne niż grawerowanie laserowe i nie może tworzyć drobnych szczegółów.
• Jest to szybszy proces: piaskowanie trwa dłużej niż grawerowanie laserowe.

Typy laserów: UV, CO2 i pikosekundowy

Interakcja między laserem a szkłem zależy od długości fali lasera i czasu trwania impulsu. Lasery pikosekundowe są idealne do zastosowań wymagających wysokiej precyzji.

Laser pikosekundowy i szkło

Lasery pikosekundowe generują niezwykle krótkie impulsy laserowe o czasie trwania w zakresie pikosekund. Charakteryzują się one długością fali 1030 nm i kolistością plamki wynoszącą ponad 96%. Każdy impuls ma czas trwania około 1,9 ps i maksymalną energię 26,4 μJ. W trybie burst może dostarczać impulsy o bardzo wysokiej energii (ponad 230-250 μJ przy 200 kHz)

Kiedy impulsy te uderzają w szkło, skoncentrowana energia w tak krótkim czasie powoduje bardzo intensywną interakcję z materiałem.

Energia lasera jest wystarczająca do zerwania wiązań chemicznych w szkle, tworząc małe wgłębienia lub nacięcia.

W przeciwieństwie do laserów o dłuższych falach, lasery pikosekundowe generują minimalne nagrzewanie otaczającego materiału, ponieważ energia jest skoncentrowana w krótkim czasie. Zmniejsza to ryzyko termicznego uszkodzenia szkła, dzięki czemu lasery pikosekundowe idealnie nadają się do znakowania i precyzyjnej obróbki.

Laser_CO2 i szkło

Lasery CO2 emitują promieniowanie o długości fali 10600 nanometrów i okrągłości ponad 90%, które znajduje się w obszarze dalekiej podczerwieni. Kiedy promieniowanie to uderza w szkło, jest pochłaniane przez materiał, powodując nagrzewanie się powierzchni.

Interakcja między laserem_CO2 a szkłem może skutkować:

Topienie i ablacjaZe względu na ogrzewanie, szkło może topić się lub ablować z powierzchni. Sprawia to, że lasery_CO2 nadają się do cięcia i grawerowania szkła, ale mogą być mniej precyzyjne niż lasery pikosekundowe pod względem szczegółów obróbki.

Zwiększona propagacja ciepłaLasery CO2 generują większą propagację ciepła w materiale niż lasery pikosekundowe, co może zwiększać ryzyko powstawania niepożądanych pęknięć lub uszkodzeń termicznych szkła.

Laser UV i szkło

Lasery UV działają na znacznie krótszych długościach fali, zazwyczaj między 100 a 400 nm, przy okrągłości ponad 98%. Gdy promieniowanie to uderza w szkło, może powodować zjawisko fotoablacji, podobne do laserów pikosekundowych, ale na większą skalę.

Testy eksperymentalne porównujące UV, PICO i CO2

Testy zostały przeprowadzone poprzez znakowanie tego samego wzoru (logo Lasit) na konwencjonalnym szkle z optymalnymi parametrami znakowania dla każdego systemu optycznego/źródła.

Stosowane rodzaje źródeł to: CO2, UV i światłowodowe (Pico z trybem burst).

Wykonane pomiary i przechwycone obrazy zostały uzyskane przy użyciu mikroskopu panoramicznego: 4k Microscope – VHX Series 7000, który umożliwia oglądanie trójwymiarowego profilu oznakowania przy poziomach powiększenia od minimum 20x do maksimum 2500x.

CO2 – Znakowanie powierzchni

Opis wyników eksperymentalnych CO2

W przypadku źródła CO2 skutkuje to oznakowaniem charakteryzującym się ogólnie niską definicją i wysoką chropowatością (Ra=6um i Rz=24um).
W szczególności należy zauważyć, że szczegóły mniejszych sekcji są ledwo widoczne, więc ten typ źródła nie jest zalecany do wykonywania oznaczeń z małymi, drobnymi szczegółami.

Wynik ten jest spowodowany większym rozmiarem plamki lasera i wielkością ziarna na obrabianej powierzchni, która ma duże ziarna (około 11500 ^um2).

Ponadto, właśnie ze względu na duży rozmiar plamki i ziarna, nie jest możliwe wykonanie wewnętrznych oznaczeń na materiale.

Zaletą tego typu znakowania jest jednak duży zakres roboczy i głębia ostrości oraz krótszy czas znakowania.

UV – znakowanie powierzchni

Oznaczenie wewnętrzne

Opis wyników eksperymentów UV

W przypadku źródła UV, znakowanie charakteryzuje się ogólnie dobrą rozdzielczością i wysoką chropowatością (Ra=6um i Rz=26um).
W szczególności należy zauważyć, że szczegóły mniejszych sekcji są wyraźnie widoczne, więc ten typ źródła może być używany do oznaczeń z małymi, drobnymi szczegółami.

Jest to możliwe dzięki mniejszemu rozmiarowi plamki lasera i jednorodności wielkości ziarna na obrabianej powierzchni. Ponieważ reaktywność materiału jest wysoka w przypadku tego typu źródła, zazwyczaj obserwuje się większą głębokość zaznaczonego profilu (w testach do 66um). Co więcej, przy użyciu tego typu źródła możliwe jest wykonywanie oznaczeń w materiale, które są dobrze zdefiniowane i jednolite. Ten rodzaj znakowania ma dodatkową zaletę w postaci dużego zakresu roboczego i głębi ostrości.

Znakowanie laserem UV na szkle: jakość, precyzja i produktywność dla sektora promocyjnego

W świecie artykułów promocyjnych i spersonalizowanych upominków szkło zawsze było prestiżowym materiałem. Szklanki, butelki, trofea, tablice pamiątkowe i upominki wymagają wykonania, które szanuje elegancję medium i gwarantuje długotrwałe rezultaty. Znakowanie laserowe UV na szkle stało się najskuteczniejszą technologią pozwalającą uzyskać doskonałe grawerunki na szkle, łącząc nienaganną estetykę z wysoką wydajnością.

Białe znakowanie na szkle laserem UV charakteryzuje się wysokim kontrastem i eleganckim wyglądem. Efektem końcowym jest gładka, jednolita i trwała powierzchnia, która nie ulega degradacji nawet po wielokrotnym myciu lub wystawieniu na działanie czynników atmosferycznych. Dla firmy działającej w sektorze promocyjnym przekłada się to na gotowe produkty, które zachowują swoją postrzeganą wartość i komunikują profesjonalizm klientowi końcowemu.

PICO – Znakowanie powierzchni

Opis wyników eksperymentalnych PICO BURST

W przypadku źródła światłowodowego z impulsami pikosekundowymi, znakowanie charakteryzuje się ogólnie wysoką rozdzielczością i niską chropowatością (Ra=2um i Rz=12um).
W szczególności można zauważyć, że szczegóły mniejszych sekcji są bardzo widoczne, więc ten typ źródła jest zalecany do wykonywania oznaczeń z małymi, drobnymi szczegółami.

Jest to możliwe dzięki niewielkiemu rozmiarowi plamki lasera, krótkiemu czasowi kontaktu z materiałem i jednorodności wielkości ziarna na obrabianej powierzchni, która wynosi około 60 ^um2.

Ponieważ impuls jest rzędu pikosekund, cała energia jest wykorzystywana do obróbki powierzchni, ograniczając rozpraszanie ciepła w materiale. Z tego powodu głębokość profilu jest niewielka (10um), ograniczona do obrabianej powierzchni.

Ponadto, dzięki funkcji popiersia, w którą wyposażony jest ten typ źródła, możliwe jest wykonywanie oznaczeń wewnątrz materiału w dwóch odcieniach kolorów (jasnym i ciemnym), które w obu przypadkach są dobrze zdefiniowane i jednolite.

Ponadto, typ znakowania ma tę wadę, że ma zmniejszony zakres roboczy i głębię ostrości.

Porównanie wyników