Lasermarkeren bij kunststofextrusie: potentiële besparingen bij continue productie

Alleen al voor rioolbuizen betekent dit een verwerkt gewicht van meer dan zeven miljoen ton PVC. En de trend stijgt. Bijna alle producten worden tijdens het proces geëtiketteerd. In tijden van digitalisering en toenemende eisen aan duurzame productiemethoden zijn warmdrukprocessen en het printen met inkt op basis van oplosmiddelen een anachronisme.

Wij leggen uit welke potentiële besparingen lasertechnologie biedt voor het markeren van kunststoffen in het algemeen en PVC in het bijzonder.

Welk type laser wordt gebruikt?

Bij het markeren van extrusieproducten met lasers wordt voornamelijk onderscheid gemaakt tussen twee soorten straalbronnen en hun basisgolflengtes: Grofweg kunnen_CO2-lasers worden gebruikt voor gravures in organische materialen en fiber lasers voor kleurveranderingsmarkeringen op kunststoffen en metalen. Hierbij is de grens niet scherp. Terwijl de CO2-laser uitzendt met een golflengte van 10,6 µm in het infraroodbereik, waardoor kunststoffen smelten en gedeeltelijk verdampen, produceert de fiber laser met een golflengte van 1,06 µm in het nabij-infraroodbereik(NIR) thermische effecten zoals schuimvorming of carbonisatie met wisseling van kleur als gevolg.

Veel kunststoffen uit de PP-, PA- en ABS-families reageren al uit zichzelf met wisselingen van kleur, maar de toevoeging van geschikte additieven kan deze effecten versterken, hun kleur beïnvloeden en ze beschermen. PP-homo en PETG kunststoffen kunnen over het algemeen alleen in het NIR worden gelasermarkeerd met additieven van voldoende kwaliteit. PVC heeft hier echter een speciale positie: het reageert ook op_CO2-straling met contrastrijke wisselingen van kleur.

Het meest voor de hand liggende verschil tussen lasermarkeren en conventionele markeermethoden is het besparingspotentieel door het wegvallen van verbruiksgoederen en de daarmee verbonden verborgen kosten voor materiaalplanning, aankoop, opslag en personeel.

Bovendien vallen de stilstandtijden voor onderhoud en reiniging en de bijbehorende servicekosten, die gebruikelijk zijn bij mechanische technologieën of toepassingen, weg. Zowel de afbuigeenheid als de laserbron zijn ontworpen voor meerdere 10.000 bedrijfsuren. Bijgevolg is de onderhoudsinspanning voor lasermarkeersystemen beperkt tot het af en toe reinigen van de focusseerlens of het beschermglas - een handeling die slechts enkele seconden in beslag neemt als de toegankelijkheid goed is.

Omdat er meestal een afzuigsysteem met bijbehorende filtertechnologie wordt gebruikt, moeten filtervervangingen eerlijkheidshalve toch in de berekening worden opgenomen. Door het lage volume verdampt materiaal per markering zijn de vervangingsintervallen lang, meestal wekelijks of maandelijks.

Naast het verlagen van de productiekosten biedt lasermarkeren nog andere voordelen voor klanten. Het is permanent, slijtvast en bestand tegen oplosmiddelen binnen de grenzen van de weerstand van de kunststof zelf. Dit is de meest opmerkelijke eigenschap die het eindproduct verbetert en zo op betrouwbare wijze traceerbaarheid garandeert vanaf het op de markt brengen tot aan recycling, evenals bescherming tegen vervalsing. Het biedt ook de mogelijkheid om zeer precieze lengtematen toe te voegen aan producten voor de verwerkende industrie. Dankzij de hoge grafische resolutie van de lasersystemen kunnen ook complexe logo's in hoge kwaliteit op het product worden overgebracht.

De lasermarkering - door wisseling van kleur of graveren - wordt niet op het extrusieprofiel aangebracht, maar erin. Er is geen voor- of nabehandeling van het markeeroppervlak nodig. Lasermarkeren is daarom een eenfasig proces dat statistisch gezien minder gevoelig is voor fouten dan meerfasige processen met voor- en nabewerking. Het gebruik van lasers biedt ook het voordeel dat er geen additieven nodig zijn en dat ze dus niet verplaatst moeten worden. Lasermarkeringen zijn ook ongevoelig voor elektrostatische oplading van de extrusieprofielen. Dit voorkomt vervormde markeringen als gevolg van elektrische velden.

Dit roept de vraag op waarom lasermarkeringen niet veel vaker worden gebruikt in productiefabrieken over de hele wereld. Naast de hogere aanschafkosten in vergelijking met inkjets, is dit waarschijnlijk vooral te wijten aan een gebrek aan informatie over laserveiligheid.

Laserveiligheid: geen raketwetenschap

Industriële lasertechnologie bestaat nu bijna 60 jaar. Gedurende deze tijd hebben zowel de systeemfabrikanten als de relevante testcentra een uitgebreide expertise opgebouwd en zijn er duidelijke richtlijnen en normen opgesteld volgens welke installaties worden goedgekeurd. In essentie zijn dit DIN EN ISO 13849-1 voor de algemene functionele veiligheid van systemen, die al van toepassing is tijdens de productontwikkeling, en DIN EN 60825-1 en -4, die betrekking hebben op veiligheid in verband met lasertechnologie.

In volgorde hiermee moet het gebied rond het laserproces worden omsloten om mogelijke verstrooide straling buiten de proceskamer te voorkomen. Het is niet nodig om het hele apparaat om te sluiten, maar alleen het werkgebied, met een passend ontwerp van de materiaaltoevoer en -afvoer, om aan de eisen van laserklasse 1 te voldoen.

Naast de oplossing voor de behuizing bieden gevestigde fabrikanten ook het juiste afzuigsysteem met filtertechnologie uit één hand.

Is de lasertechnologie geschikt voor mijn proces?

Voordat een markeeroplossing wordt aangeschaft, wordt altijd een geschikt monster gemaakt. Als de monsters voldoen aan de eisen van de klant op het gebied van oppervlaktekwaliteit, contrast, leesbaarheid en markeersnelheid, wordt de installatiesituatie gecontroleerd. Zowel oplossingen voor permanente installatie in een productielijn als mobiele concepten voor verschillende codeertoepassingen zijn mogelijk.

Bij wijzigingen in de toepassing, of het nu gaat om een productwijziging of een gewijzigde afbeelding, is de gebruiker niet gebonden aan een specifiek aantal lijnen en kan hij de optimale parameterinstelling snel en meestal alleen via invoer in de besturingssoftware bepalen, waardoor de flexibiliteit aan de lijn toeneemt.

Conclusie: Een flexibel, betrouwbaar en vrijwel onderhoudsvrij productiegereedschap

Hoewel industriële lasertechnologie nu al bijna 60 jaar bestaat, zijn er nog steeds bedenkingen in de industrie. Degenen die de technologie omarmen, krijgen de beschikking over een flexibel, betrouwbaar en vrijwel onderhoudsvrij productiemiddel. De belangrijkste voordelen van lasermarkering zijn permanente productmarkering met maximale flexibiliteit qua ontwerp, een hoge mate van fraudebestendigheid en dit alles met een lagere materiaallogistiek en lagere kosten. Dit betekent dat duurzaamheid niet alleen kan worden gerealiseerd in het productcreatieproces, maar ook in het recyclingproces en het concurrentievermogen kan worden vergroot.

Auteur: Christian Dini, laserexpert bij REA Elektronik GmbH