Lasermärkning vid extrudering av plast: potentiella besparingar vid kontinuerlig produktion

Bara för avloppsrör innebär detta en bearbetad vikt på mer än sju miljoner ton PVC. Och trenden är stigande. Nästan alla produkter märks under processen. I tider av digitalisering och ökande krav på hållbara produktionsmetoder är varmstämplingsprocesser och lösningsmedelsbaserat bläcktryck en anakronism.

Vi förklarar de potentiella besparingar som lasertekniken erbjuder för markering av plast i allmänhet och PVC i synnerhet.

Vilken typ av laser används?

Vid märkning av extruderade produkter med laser skiljer man i första hand mellan två typer av strålkällor och deras grundläggande våglängder: Som en grov guide kan_CO2-lasrar användas för graveringar i organiska material och fiberlasrar för färgskiftningsmärkning på plast och metaller. Varvid gränsen inte är skarp. Medan CO2-lasern med en våglängd på 10,6 µm i det infraröda området smälter och delvis förångar plaster, ger fiberlasern med en våglängd på 1,06 µm i det nära infrarödaområdet (NIR) termiska effekter som skumning eller karbonisering med förändring av färg som följd.

Om många plaster från PP-, PA- och ABS-familjerna redan av sig själva reagerar med förändringar av färg, kan tillsats av lämpliga tillsatser förstärka dessa effekter, påverka färgen och skydda dem. PP-homo- och PETG-plaster kan i allmänhet endast lasermärkas i NIR med tillsatser av tillräcklig kvalitet. PVC har dock en särställning här: den reagerar också på_{CO2-strålning} med kontrastrika förändringar av färg.

Den mest uppenbara skillnaden mellan lasermärkning och konventionella märkningsmetoder är besparingspotentialen tack vare att man slipper förbrukningsvaror och de dolda kostnader för materialplanering, inköp, lagring och personal som är förknippade med detta.

Dessutom elimineras stilleståndstiderna för underhåll och rengöring med tillhörande servicekostnader, som är vanliga med mekaniska teknologier eller applikationsteknologier. Både avböjningsenheten och laserkällan är konstruerade för flera 10.000 driftstimmar. Underhållet av lasermärkningsenheter är därför begränsat till enstaka rengöringar av fokuseringslinsen eller skyddsglaset - en operation som bara tar några sekunder om tillgängligheten är god.

Eftersom ett utsugningssystem med motsvarande filterteknik vanligtvis används, måste filterbyten ändå tas med i beräkningen för rättvisans skull. På grund av den låga volymen förångat material per markering är bytesintervallerna långa, vanligtvis i vecko- eller månadsintervallet.

Förutom att sänka produktionskostnaderna erbjuder lasermärkning ytterligare fördelar för kunderna tack vare sina egenskaper. Det är permanent, nötningsbeständigt och resistent mot lösningsmedel inom gränserna för plastens egen beständighet. Detta är den mest enastående egenskapen som förbättrar slutprodukten och därmed på ett tillförlitligt sätt garanterar spårbarhet från utsläppande på marknaden till återvinning samt skydd mot förfalskning. Det ger också möjlighet att lägga till mycket exakta längdmått på produkter för bearbetningsindustrin. Lasersystemens höga grafiska upplösning gör det också möjligt att överföra komplexa logotyper till produkten med hög kvalitet.

Lasermärkningen - oavsett om det är en förändring av färg eller gravyr - appliceras inte på profilen utan i den. Det krävs ingen för- eller efterbehandling av märkningsytan. Lasermärkning är därför en enstegsprocess som statistiskt sett är mindre känslig för fel än flerstegsprocesser med för- och efterbehandling. Användningen av laser ger också fördelen att inga tillsatser krävs och därför inte måste flyttas. Lasermärkning är också okänslig för elektrostatisk laddning av extruderingsprofilerna. Detta förhindrar förvrängd märkning på grund av elektriska fält.

Detta väcker frågan om varför lasermarkörer inte används mycket oftare i produktionsanläggningar runt om i världen. Förutom de högre inköpskostnaderna jämfört med bläckstråleskrivare beror detta förmodligen främst på brist på information om lasersäkerhet.

Lasersäkerhet: inte raketforskning

Industriell laserteknik har funnits i nästan 60 år nu. Under denna tid har både systemtillverkarna och de relevanta testcentren skaffat sig omfattande expertis, och tydliga riktlinjer och standarder har fastställts enligt vilka installationer godkänns. I huvudsak handlar det om DIN EN ISO 13849-1 för systemens allmänna funktionssäkerhet, som gäller redan under produktutvecklingen, och DIN EN 60825-1 och -4, som gäller säkerhet i samband med laserteknik.

I sekvens med detta bör området runt laserprocessen inneslutas för att förhindra eventuell spridd strålning utanför processkammaren. Det är inte nödvändigt att kapsla in hela enheten, utan endast arbetsområdet, med lämplig utformning av materialtillförsel och borttagning, för att uppfylla kraven för laserklass 1.

Förutom kapslingslösningen erbjuder etablerade tillverkare även lämpligt utsugssystem med filterteknik från en och samma källa.

Är lasertekniken lämplig för min process?

Innan en märkningslösning köps in tas alltid ett lämpligt prov fram. Om proverna uppfyller kundens krav när det gäller ytkvalitet, kontrast, läsbarhet och märkningshastighet verifieras installationssituationen. Både lösningar för permanent installation i en produktionslinje och mobila koncept för olika kodningsapplikationer är möjliga.

Vid ändringar i applikationen, vare sig det gäller ett produktbyte eller en ändrad grafik, är användaren inte bunden till ett visst antal linjer utan kan snabbt och oftast helt enkelt via inmatningar i driftsmjukvaran fastställa den optimala parametreringen, vilket ökar flexibiliteten på linjen.

Slutsats: Ett flexibelt, tillförlitligt och praktiskt taget underhållsfritt produktionsverktyg

Trots att industriell laserteknik nu har funnits i nästan 60 år finns det fortfarande reservationer i branschen. De som anammar teknologin får ett flexibelt, tillförlitligt och praktiskt taget underhållsfritt produktionsverktyg. De främsta fördelarna med lasermärkning är permanent märkning av produkter med maximal flexibilitet när det gäller design, en hög grad av försäkring mot förfalskningar och allt detta samtidigt som materiallogistik och kostnader minskar. Detta innebär att hållbarhet inte bara kan förverkligas i produktskapandeprocessen, utan även i återvinningsprocessen och öka konkurrenskraften.

Författare: Christian Dini, laserexpert på REA Elektronik GmbH