Lasermærkning i plastekstrudering: potentielle besparelser i kontinuerlig produktion
Ifølge aktuelle markedsundersøgelser udgør produktionen af rør og profiler næsten 60 procent af den globale produktion af PVC-baserede produkter og halvfabrikata. Hvis man også medregner film og plademateriale, kommer andelen endda op på næsten 75 procent.
Alene for kloakrør betyder det en forarbejdet vægt på mere end syv millioner tons PVC. Og tendensen er stigende. Næsten alle produkter mærkes under processen. I en tid med digitalisering og stigende krav til bæredygtige produktionsmetoder er varmstemplingsprocesser og trykning med opløsningsmiddelbaseret blæk en anakronisme.
Vi forklarer de potentielle besparelser, som laserteknologi giver til mærkning af plast i almindelighed og PVC i særdeleshed.
Hvilken type laser bruges?
Når man mærker ekstruderingsprodukter med laser, skelner man primært mellem to typer strålekilder og deres grundlæggende bølgelængder: Som en grov guide kanCO2-lasere bruges til graveringer i organiske materialer og fiberlasere til farveskiftemarkeringer på plast og metaller. Hvor grænsen ikke er skarp. Mens CO2-laseren udsender ved 10,6 µm i det infrarøde område og smelter og delvist fordamper plast, giver fiberlaseren med en bølgelængde på 1,06 µm i det nærinfrarødeområde (NIR) termiske effekter som opskumning eller karbonisering med Farveskift til følge.
Hvis mange plasttyper fra PP-, PA- og ABS-familierne allerede reagerer med farveskift af sig selv, kan tilsætning af passende additiver forstærke disse effekter, påvirke deres farve og beskytte dem. PP-homo- og PETG-plast kan generelt kun lasermærkes i NIR med tilsætningsstoffer af tilstrækkelig kvalitet. PVC har dog en særlig position her: Det reagerer også påCO2-stråling med kontrastrige Farveskift.
Den mest åbenlyse forskel mellem lasermærkning og konventionelle mærkningsmetoder er potentialet for besparelser på grund af elimineringen af forbrugsstoffer og de tilhørende skjulte omkostninger til materialeplanlægning, indkøb, opbevaring og personale.
Desuden elimineres nedetiderne til vedligeholdelse og rengøring med de tilhørende serviceomkostninger, som er almindelige med mekaniske teknologier eller applikationsteknologier. Både afbøjningsenheden og laserkilden er designet til flere 10.000 driftstimer. Derfor er vedligeholdelsesindsatsen for lasermærkningsudstyr begrænset til lejlighedsvis rengøring af fokuseringslinsen eller beskyttelsesglasset - en operation, der kun tager sekunder, hvis tilgængeligheden er god.
Da der normalt bruges et udsugningssystem med tilsvarende filterteknologi, skal filterskift stadig medtages i beregningen for retfærdighedens skyld. På grund af den lave mængde fordampet materiale pr. mærkning er udskiftningsintervallerne lange, normalt i størrelsesordenen en gang om ugen eller en gang om måneden.
Ud over at reducere produktionsomkostningerne giver lasermærkning yderligere fordele for kunderne på grund af dens egenskaber. Den er permanent, slidstærk og modstandsdygtig over for opløsningsmidler inden for grænserne af selve plastens modstandsdygtighed. Dette er den mest fremragende egenskab, der forbedrer slutproduktet og dermed pålideligt garanterer sporbarhed fra markedsføring til genbrug samt beskyttelse mod forfalskning. Det giver også mulighed for at tilføje meget præcise længdemål til produkter til forarbejdningsindustrien. Lasersystemernes høje grafiske opløsning gør det også muligt at overføre komplekse logoer til produktet i høj kvalitet.
Lasermærkningen - uanset om der er tale om farveskift eller gravering - påføres ikke på ekstruderingsprofilen, men i den. Der kræves ingen for- eller efterbehandling af mærkningsoverfladen. Lasermærkning er derfor en et-trins-proces, der statistisk set er mindre tilbøjelig til fejl end flertrins-processer med for- og efterbehandling. Brugen af laser har også den fordel, at der ikke er brug for tilsætningsstoffer, og at de derfor ikke skal flyttes. Lasermarkører er også ufølsomme over for elektrostatisk opladning af ekstruderingsprofilerne. Dette forhindrer forvrænget mærkning på grund af elektriske felter.
Det rejser spørgsmålet om, hvorfor lasermarkører ikke bruges meget mere i produktionsanlæg rundt om i verden. Ud over de højere købsomkostninger sammenlignet med blækstråler skyldes det nok primært manglende information om lasersikkerhed.
Lasersikkerhed: ikke raketvidenskab
Industriel laserteknologi har eksisteret i næsten 60 år nu. I løbet af denne tid har både systemproducenterne og de relevante testcentre opbygget en omfattende ekspertise, og der er etableret klare retningslinjer og standarder, som installationer godkendes efter. Det drejer sig hovedsageligt om DIN EN ISO 13849-1 for anlægs generelle funktionssikkerhed, som allerede gælder under produktudviklingen, og DIN EN 60825-1 og -4, som vedrører sikkerhed i forbindelse med laserteknologi.
I Rækkefølge heraf skal området omkring laserprocessen indkapsles for at forhindre mulig spredt stråling uden for proceskammeret. Det er ikke nødvendigt at indkapsle hele enheden, men kun arbejdsområdet, med passende design af materialetilførsel og -udtagning, for at opfylde kravene til laserklasse 1.
Ud over husløsningen tilbyder etablerede producenter også det passende udsugningssystem med filterteknologi fra en enkelt kilde.
Er laserteknologien egnet til min proces?
Før man køber en mærkningsløsning, fremstilles der altid en passende prøve. Hvis prøverne opfylder kundens krav med hensyn til overfladekvalitet, kontrast, læsbarhed og mærkningshastighed, kontrolleres installationssituationen. Både løsninger til permanent installation i en produktionslinje og mobile koncepter til forskellige mærkningsapplikationer er mulige.
I tilfælde af ændringer i applikationen, hvad enten det er en produktændring eller en ændret grafik, er brugeren ikke bundet til et bestemt antal linjer og kan hurtigt og som regel udelukkende bestemme den optimale parametrering via indtastninger i driftssoftwaren, hvilket øger fleksibiliteten på linjen.
Konklusion: Et fleksibelt, pålideligt og stort set vedligeholdelsesfrit produktionsværktøj
Selvom industriel laserteknologi nu har eksisteret i næsten 60 år, er der stadig forbehold i branchen. De, der tager teknologien til sig, får et fleksibelt, pålideligt og stort set vedligeholdelsesfrit produktionsværktøj. De største fordele ved lasermærkning er permanent mærkning af produkter med maksimal fleksibilitet med hensyn til design, en høj grad af Forfalskningssikkerhed og alt dette samtidig med, at materialelogistikken og omkostningerne reduceres. Det betyder, at bæredygtighed ikke kun kan realiseres i produktskabelsesprocessen, men også i genbrugsprocessen og øge konkurrenceevnen.
Forfatter: Christian Dini, laserekspert hos REA Elektronik GmbH
