Marcatura laser nell'estrusione di materie plastiche: potenziali risparmi nella produzione continua
Secondo gli attuali studi di mercato, la produzione di tubi e profili rappresenta quasi il 60% della produzione globale di prodotti e semilavorati a base di PVC. Se si includono anche le pellicole e i materiali in fogli, la quota sale addirittura a quasi il 75%.
Solo per i tubi fognari, ciò significa un peso lavorato di oltre sette milioni di tonnellate di PVC. E la tendenza è in aumento. Quasi tutti i prodotti vengono etichettati durante il processo. In tempi di digitalizzazione e di crescente richiesta di metodi di produzione sostenibili, i processi di stampaggio a caldo e la stampa con inchiostro a base di solventi sono un anacronismo.
Vi spieghiamo i potenziali risparmi che la tecnologia laser offre per marcare le materie plastiche in generale e il PVC in particolare.
Quale tipo di laser viene utilizzato?
Per la marcatura di prodotti di estrusione con il laser, si distingue principalmente tra due tipi di sorgenti di raggi e le loro lunghezze d'onda di base: A titolo indicativo, ilaser CO2 Laser possono essere utilizzati per incisioni su materiali organici e i laser fibra per marcature con cambio di colore su plastica e metalli. Tuttavia, il confine non è netto. Mentre il laser CO2 Laser emette a 10,6 µm nella gamma degli infrarossi, fondendo e vaporizzando parzialmente la plastica, il laser fibra con una lunghezza d'onda di 1,06 µm nella gamma del vicino infrarosso(NIR) produce effetti termici come la formazione di schiuma o la carbonizzazione con conseguente cambio di colore.
Se molte plastiche delle famiglie PP, PA e ABS reagiscono già di per sé con cambi di colore, l'aggiunta di additivi appropriati può rafforzare questi effetti, influenzare il loro colore e proteggerli. Le plastiche PP-homo e PETG possono generalmente essere marcate al laser nel NIR solo con additivi di qualità sufficiente. Tuttavia, il PVC ha una posizione speciale: reagisce anche alleradiazioni di CO2 con cambi di colore ad alto contrasto.
La differenza più evidente tra la marcatura laser e i metodi di marcatura convenzionali è il potenziale di risparmio dovuto all'eliminazione dei materiali di consumo e dei relativi costi nascosti per la pianificazione dei materiali, l'approvvigionamento, lo stoccaggio e il personale.
Inoltre, vengono eliminati i tempi di inattività per la manutenzione e la pulizia, con i relativi costi di assistenza, comuni alle tecnologie meccaniche o applicative. Sia l'unità di deflessione che la sorgente laser sono progettate per diverse 10.000 ore di funzionamento. Di conseguenza, la manutenzione dei dispositivi di marcatura laser si limita alla pulizia occasionale della lente di messa a fuoco o del vetro di protezione, un'operazione che richiede solo pochi secondi se l'accessibilità è buona.
Poiché di solito viene utilizzato un sistema di estrazione con relativa tecnologia di filtraggio, per correttezza è necessario includere nel calcolo la sostituzione del filtro. A causa del basso volume di materiale vaporizzato per marcare, gli intervalli di sostituzione sono lunghi, di solito settimanali o mensili.
Oltre a ridurre i costi di produzione, la marcatura laser presenta altri vantaggi per i clienti grazie alle sue proprietà. Non è rilevabile, è resistente all'abrasione e ai solventi nei limiti della resistenza della plastica stessa. Questa è la proprietà più importante che valorizza il prodotto finale e garantisce in modo affidabile la tracciabilità dall'immissione sul mercato al riciclo, nonché la protezione dalla contraffazione. Inoltre, offre la possibilità di aggiungere dimensioni di lunghezza molto precise ai prodotti destinati alla lavorazione. L'elevata risoluzione grafica dei sistemi laser consente di trasferire sul prodotto loghi complessi di alta qualità.
La marcatura laser, che si tratti di cambio di colore o di incisione, non viene applicata sul profilo di estrusione, ma al suo interno. Non è necessario alcun pre-trattamento o post-trattamento della superficie di marcatura. La marcatura laser è quindi un processo a fase unica, statisticamente meno soggetto a errori rispetto ai processi a più fasi con pre e post-trattamento. L'uso del laser offre anche il vantaggio di non richiedere additivi e quindi di non doverli spostare. I marcatori laser sono inoltre insensibili alla carica elettrostatica dei profili di estrusione. Ciò impedisce una marcatura distorta a causa dei campi elettrici.
Ci si chiede quindi perché i marcatori laser non vengano utilizzati con maggiore frequenza negli impianti di produzione di tutto il mondo. Oltre ai costi di acquisto più elevati rispetto alle macchine a getto d'inchiostro, ciò è probabilmente dovuto alla mancanza di informazioni sulla sicurezza del laser.
Sicurezza laser: non è scienza missilistica
La tecnologia laser industriale si è affermata da quasi 60 anni. In questo periodo, sia i produttori di sistemi che i centri di prova hanno acquisito una vasta esperienza e sono state definite linee guida e standard chiari in base ai quali vengono approvate le installazioni. Si tratta essenzialmente della DIN EN ISO 13849-1 per la sicurezza funzionale generale degli impianti, che si applica già durante lo sviluppo del prodotto, e delle DIN EN 60825-1 e -4, che riguardano la sicurezza in relazione alla tecnologia laser.
A questo proposito, l'area intorno al processo laser deve essere chiusa per evitare possibili radiazioni disperse all'esterno della camera di processo. Per soddisfare i requisiti della classe laser 1, non è necessario racchiudere l'intero dispositivo, ma solo l'area di lavoro, con una progettazione adeguata dell'alimentazione e dello scarico del materiale.
Oltre alla soluzione di alloggiamento, i produttori più affermati offrono anche il sistema di aspirazione appropriato con tecnologia di filtraggio da un unico fornitore.
La tecnologia laser è adatta al mio processo?
Prima di acquistare una soluzione di marcatura, viene sempre prodotto un campione adeguato. Se i campioni soddisfano i requisiti del cliente in termini di qualità della superficie, contrasto, leggibilità e velocità di marcatura, si verifica la situazione di installazione. Sono possibili sia soluzioni per l'installazione permanente in una linea di produzione sia concetti mobili per diverse applicazioni di codifica.
In caso di modifiche all'applicazione, sia che si tratti di un cambio di prodotto o di una grafica modificata, l'utente non è vincolato a un numero specifico di linee e può determinare la parametrizzazione ottimale in modo veloce e generalmente solo tramite voci nel software operativo, aumentando così la flessibilità sulla linea.
Conclusione: uno strumento di produzione flessibile, affidabile e praticamente esente da manutenzione
Sebbene la tecnologia laser industriale esista ormai da quasi 60 anni, ci sono ancora delle riserve nel settore. Chi abbraccia questa tecnologia ha a disposizione uno strumento di produzione flessibile, affidabile e praticamente privo di manutenzione. I principali vantaggi della marcatura laser sono una marcatura del prodotto non rilevabile con la massima flessibilità in termini di design, un alto grado di protezione a prova di falsificazione e tutto questo riducendo la logistica e i costi dei materiali. Ciò significa che la sostenibilità può essere realizzata non solo nel processo di creazione del prodotto, ma anche nel processo di riciclaggio e aumentare la competitività.
Autore: Christian Dini, esperto di laser presso REA Elektronik GmbH
