Lasermerking i plastekstrudering: potensielle besparelser i kontinuerlig produksjon
Ifølge aktuelle markedsundersøkelser står produksjonen av rør og profiler for nesten 60 prosent av den globale produksjonen av PVC-baserte produkter og halvfabrikata. Hvis man også tar med filmer og platemateriale, blir andelen til og med nesten 75 prosent.
Bare for kloakkrør betyr dette en bearbeidet vekt på mer enn sju millioner tonn PVC. Og trenden er stigende. Nesten alle produkter merkes i løpet av prosessen. I en tid med digitalisering og økende krav til bærekraftige produksjonsmetoder er varmstemplingsprosesser og løsemiddelbasert blekk en anakronisme.
Vi forklarer hvilke potensielle besparelser laserteknologien gir ved merking av plast generelt og PVC spesielt.
Hvilken type laser brukes?
Ved merking av ekstruderingsprodukter med laser skiller man primært mellom to typer strålekilder og deres grunnleggende bølgelengder: Grovt sett kanCO2-lasere brukes til graveringer i organiske materialer og fiberlasere til fargeskiftemarkeringer på plast og metaller. Grensen er ikke skarp. Mens CO2-laseren sender ut ved 10,6 µm i det infrarøde området og smelter og delvis fordamper plast, gir fiberlaseren med en bølgelengde på 1,06 µm i det nær-infrarøde(NIR) området termiske effekter som skumdannelse eller karbonisering med endret farge som resultat.
Selv om mange plaster fra PP-, PA- og ABS-familiene allerede reagerer med å endre farge av seg selv, kan tilsetning av egnede tilsetningsstoffer forsterke disse effektene, påvirke fargen og beskytte dem. PP-homo- og PETG-plast kan generelt bare lasermerkes i NIR med tilsetningsstoffer av tilstrekkelig kvalitet. PVC står imidlertid i en særstilling her: Den reagerer også påCO2-stråling med kontrasterende endringer i farge.
Den mest åpenbare forskjellen mellom lasermerking og konvensjonelle merkemetoder er potensialet for besparelser som følge av eliminering av forbruksmateriell og de tilhørende skjulte kostnadene for materialplanlegging, innkjøp, lagring og personell.
I tillegg elimineres nedetidene for vedlikehold og rengjøring med tilhørende servicekostnader, som er vanlig med mekaniske teknologier eller applikasjonsteknologier. Både avbøyningsenheten og laserkilden er konstruert for flere 10 000 driftstimer. Vedlikeholdet av lasermarkeringsenheter er derfor begrenset til sporadisk rengjøring av fokuseringslinsen eller beskyttelsesglasset - en operasjon som bare tar sekunder hvis tilgjengeligheten er god.
Ettersom det vanligvis brukes et avsugssystem med tilhørende filterteknologi, må filterbytter likevel tas med i beregningen for rettferdighetens skyld. På grunn av det lave volumet av fordampet materiale per merking er utskiftningsintervallene lange, vanligvis ukentlig eller månedlig.
I tillegg til å redusere produksjonskostnadene har lasermerking andre fordeler for kundene på grunn av sine egenskaper. Den er permanent, slitesterk og motstandsdyktig mot løsemidler innenfor grensene for selve plastens motstandskraft. Dette er den mest fremtredende egenskapen som forbedrer sluttproduktet og dermed garanterer pålitelig sporbarhet fra markedsføring til resirkulering, samt beskyttelse mot forfalskninger. Det gir også muligheten til å legge til svært nøyaktige lengdemål på produkter for foredlingsindustrien. Lasersystemenes høye grafiske oppløsning gjør det også mulig å overføre komplekse logoer til produktet i høy kvalitet.
Lasermerkingen - enten det er ved å endre farge eller gravering - påføres ikke på ekstruderingsprofilen, men inn i den. Det kreves ingen for- eller etterbehandling av merkeoverflaten. Lasermerking er derfor en ett-trinns prosess som statistisk sett er mindre utsatt for feil enn flertrinnsprosesser med for- og etterbehandling. Bruk av laser har også den fordelen at det ikke kreves tilsetningsstoffer og derfor ikke må flyttes. Lasermarkører er også ufølsomme for elektrostatisk oppladning av ekstruderingsprofilene. Dette forhindrer forvrengt merking på grunn av elektriske felt.
Dette reiser spørsmålet om hvorfor lasermarkører ikke brukes mye oftere i produksjonsanlegg rundt om i verden. I tillegg til de høyere innkjøpskostnadene sammenlignet med blekkstråleskrivere, skyldes dette sannsynligvis først og fremst mangel på informasjon om lasersikkerhet.
Lasersikkerhet: ikke rakettvitenskap
Industriell laserteknologi har vært etablert i nesten 60 år nå. I løpet av denne tiden har både systemprodusentene og de relevante testsentrene opparbeidet seg omfattende ekspertise, og det er etablert klare retningslinjer og standarder for godkjenning av installasjoner. I hovedsak dreier det seg om DIN EN ISO 13849-1 for generell funksjonell sikkerhet for maskiner, som gjelder allerede under produktutviklingen, og DIN EN 60825-1 og -4, som gjelder sikkerhet i forbindelse med laserteknologi.
I sekvens med dette bør området rundt laserprosessen være innelukket for å forhindre mulig spredning av stråling utenfor prosesskammeret. Det er ikke nødvendig å kapsle inn hele enheten, men kun arbeidsområdet, med en hensiktsmessig utforming av materialtilførsel og -avtak, for å oppfylle kravene til laserklasse 1.
I tillegg til innkapslingsløsningen tilbyr etablerte produsenter også et passende utsugingssystem med filterteknologi fra én og samme leverandør.
Er laserteknologien egnet for min prosess?
Før du kjøper en merkeløsning, blir det alltid produsert en passende prøve. Hvis prøvene oppfyller kundens krav til overflatekvalitet, kontrast, lesbarhet og merkehastighet, testes installasjonssituasjonen. Det finnes både løsninger for permanent installasjon i en produksjonslinje og mobile konsepter for ulike merkeapplikasjoner.
Ved endringer i applikasjonen, det være seg produktbytte eller endret grafikk, er brukeren ikke bundet til et bestemt antall linjer, og kan raskt og som regel bestemme den optimale parametriseringen utelukkende ved hjelp av inntastinger i driftsprogramvaren, noe som øker fleksibiliteten på linjen.
Konklusjon: Et fleksibelt, pålitelig og praktisk talt vedlikeholdsfritt produksjonsverktøy
Selv om industriell laserteknologi nå har eksistert i snart 60 år, er det fortsatt en del forbehold i bransjen. De som tar teknologien i bruk, får et fleksibelt, pålitelig og praktisk talt vedlikeholdsfritt produksjonsverktøy. De viktigste fordelene med lasermerking er permanent produktmerking med maksimal fleksibilitet når det gjelder design, en høy grad av Forfalskningssikkerhet og alt dette samtidig som materiallogistikken og kostnadene reduseres. Dette betyr at bærekraft ikke bare kan realiseres i produktskapingsprosessen, men også i resirkuleringsprosessen og øke konkurranseevnen.
Forfatter: Christian Dini, laserekspert hos REA Elektronik GmbH
