Znakowanie laserowe w wytłaczaniu tworzyw sztucznych: potencjalne oszczędności w produkcji kontynuacyjnej

W przypadku samych rur kanalizacyjnych oznacza to przetworzenie ponad siedmiu milionów ton PCW. A tendencja jest rosnąca. Prawie wszystkie produkty są etykietowane w trakcie procesu. W czasach cyfryzacji i rosnących wymagań dotyczących zrównoważonych metod produkcji, procesy tłoczenia na gorąco i drukowanie farbami rozpuszczalnikowymi są anachronizmem.

Wyjaśniamy potencjalne oszczędności, jakie oferuje technologia laserowa w zakresie znakowania tworzyw sztucznych w ogóle, a PVC w szczególności.

Jaki typ lasera jest używany?

Podczas znakowania produktów wytłaczanych za pomocą laserów rozróżnia się przede wszystkim dwa rodzaje źródeł wiązki i ich podstawowe długości fal: Orientacyjnie, lasery_CO2 mogą być używane do grawerowania w materiałach organicznych, a lasery światłowodowe do znakowania zmieniającego kolor na tworzywach sztucznych i metalach. Przy czym granica nie jest ostra. Podczas gdy laser CO2 emituje falę o długości 10,6 µm w zakresie podczerwieni, topiąc i częściowo odparowując tworzywa sztuczne, laser światłowodowy o długości fali 1,06 µm w zakresie bliskiej podczerwieni(NIR) wywołuje efekty termiczne, takie jak pienienie lub karbonizacja, co w rezultacie powoduje zmianę koloru.

O ile wiele tworzyw sztucznych z rodziny PP, PA i ABS już samo w sobie reaguje zmianą koloru, to dodanie odpowiednich dodatków może wzmocnić te efekty, wpłynąć na ich kolor i zabezpieczyć je. Tworzywa sztuczne PP-homo i PETG mogą być generalnie znakowane laserowo w NIR tylko z dodatkami o wystarczającej jakości. Jednak PVC ma tu szczególną pozycję: reaguje również na_{promieniowanie CO2} z wysoce kontrastowymi zmianami koloru.

Najbardziej oczywistą różnicą między znakowaniem laserowym a konwencjonalnymi metodami znakowania jest potencjał oszczędności wynikający z eliminacji materiałów eksploatacyjnych i związanych z tym ukrytych kosztów planowania materiałów, zaopatrzenia, magazynowania i personelu.

Ponadto wyeliminowane są przestoje na konserwację i czyszczenie oraz związane z nimi koszty serwisowe, które są powszechne w przypadku technologii mechanicznych lub aplikacyjnych. Zarówno jednostka odchylająca, jak i źródło lasera są zaprojektowane na kilka 10 000 godzin pracy. W związku z tym wysiłek związany z konserwacją urządzeń do znakowania laserowego jest ograniczony do okazjonalnego czyszczenia soczewki ogniskującej lub szkła ochronnego - operacja, która zajmuje tylko kilka sekund, jeśli dostępność jest dobra.

Ponieważ zwykle używany jest system odciągowy z odpowiednią technologią filtracji, wymiana filtrów musi być uwzględniona w obliczeniach ze względu na sprawiedliwość. Ze względu na niską ilość odparowanego materiału na znakowanie, okresy między wymianami są długie, zwykle w zakresie tygodniowym lub miesięcznym.

Oprócz obniżenia kosztów produkcji, znakowanie laserowe oferuje dodatkowe korzyści dla klientów ze względu na swoje właściwości. Jest ono zabezpieczone przed zgubieniem, odporne na ścieranie i rozpuszczalniki w granicach odporności samego tworzywa sztucznego. Jest to najbardziej wyjątkowa właściwość, która poprawia produkt końcowy, a tym samym niezawodnie gwarantuje identyfikowalność od wprowadzenia na rynek do recyklingu, a także ochronę przed podrabianiem. Oferuje również możliwość dodawania bardzo precyzyjnych wymiarów długości do produktów przeznaczonych do przetwórstwa. Wysoka rozdzielczość graficzna systemów laserowych umożliwia również przenoszenie złożonych logo na produkt w wysokiej jakości.

Znakowanie laserowe - czy to poprzez zmianę koloru, czy grawerowanie - nie jest nanoszone na profil do wytłaczania, ale na niego. Nie jest wymagana obróbka wstępna lub końcowa powierzchni znakowania. Znakowanie laserowe jest zatem procesem jednoetapowym, który jest statystycznie mniej podatny na błędy niż procesy wieloetapowe z obróbką wstępną i końcową. Zastosowanie laserów ma również tę zaletę, że nie są wymagane żadne dodatki, a zatem nie muszą być przenoszone. Znaczniki laserowe są również niewrażliwe na ładunki elektrostatyczne profili wytłaczanych. Zapobiega to zniekształconemu znakowaniu z powodu pól elektrycznych.

Nasuwa się pytanie, dlaczego znaczniki laserowe nie są częściej stosowane w zakładach produkcyjnych na całym świecie. Oprócz wyższych kosztów zakupu w porównaniu do drukarek atramentowych, jest to prawdopodobnie głównie spowodowane brakiem informacji na temat bezpieczeństwa laserów.

Bezpieczeństwo lasera: to nie fizyka jądrowa

Przemysłowa technologia laserowa istnieje już od prawie 60 lat. W tym czasie zarówno producenci systemów, jak i odpowiednie ośrodki badawcze zdobyły rozległą wiedzę specjalistyczną, a także opracowano jasne wytyczne i normy, zgodnie z którymi zatwierdzane są instalacje. Zasadniczo są to normy DIN EN ISO 13849-1 dotyczące ogólnego bezpieczeństwa funkcjonalnego urządzeń, które mają zastosowanie już podczas opracowywania produktu, oraz DIN EN 60825-1 i -4, które odnoszą się do bezpieczeństwa w związku z technologią laserową.

Na tym odcinku obszar wokół procesu laserowego powinien być zamknięty, aby zapobiec możliwemu promieniowaniu rozproszonemu poza komorą procesową. Aby spełnić wymagania klasy 1 lasera, nie jest konieczne zamykanie całego urządzenia, a jedynie obszar roboczy, z odpowiednią konstrukcją doprowadzania i odprowadzania materiału.

Oprócz rozwiązania obudowy, uznani producenci oferują również odpowiedni system ekstrakcji z technologią filtracji z jednego źródła.

Czy technologia laserowa jest odpowiednia dla mojego procesu?

Przed zakupem rozwiązania do znakowania zawsze wykonywana jest odpowiednia próbka. Jeśli próbki spełniają wymagania klienta pod względem jakości powierzchni, kontrastu, czytelności i szybkości znakowania, weryfikuje się możliwość instalacji. Możliwe są zarówno rozwiązania do permanentnej instalacji na linii produkcyjnej, jak i koncepcje mobilne do różnych zastosowań kodowania.

W przypadku zmian w aplikacji, niezależnie od tego, czy jest to zmiana produktu, czy zmodyfikowana grafika, użytkownik nie jest przywiązany do określonej liczby linii i może szybko określić optymalną parametryzację, zwykle wyłącznie za pomocą wpisów w oprogramowaniu operacyjnym, zwiększając w ten sposób elastyczność na linii.

Podsumowanie: Elastyczne, niezawodne i praktycznie bezobsługowe narzędzie produkcyjne

Chociaż przemysłowa technologia laserowa istnieje już od prawie 60 lat, w branży nadal istnieją pewne zastrzeżenia. Ci, którzy korzystają z tej technologii, otrzymują elastyczne, niezawodne i praktycznie bezobsługowe narzędzie produkcyjne. Główne zalety znakowania laserowego to zabezpieczone przed zgubieniem znakowanie produktu z maksymalną elastycznością w zakresie projektowania, wysoki stopień ochrony przed falsyfikacją, a wszystko to przy jednoczesnym zmniejszeniu logistyki materiałowej i kosztów. Oznacza to, że zrównoważony rozwój może być realizowany nie tylko w procesie tworzenia produktu, ale także w procesie recyklingu i zwiększania konkurencyjności.

Autor: Christian Dini, ekspert ds. laserów w REA Elektronik GmbH