Orta-1960'lardan bu yana markalama, dağlama ve kesme için lazerler kullanılıyor. Dünyanın ilk lazer markalama makinesi 1965 yılında gelecekte elmas üretim kalıplarında delik açmak için geliştirildi ve daha sonra teknoloji hızlı bir ivme kazandı.
Erken tanıtımMarkalama için CO2 lazerler1967'de ortaya çıktı ve teknoloji, modern CO2 lazer sistemlerinin ticarileştirilmesiyle{1}} ortalarda olgunluğa ulaştı. O zamandan bu yana lazer markalama sistemleri, havacılıktan tıbbi cihaz imalatına, ilaca ve perakendeye kadar çok çeşitli endüstrilerde dayanak noktası haline geldi.
Mürekkep püskürtmeli baskı gibi diğer teknolojilerle rekabet etmesine rağmen lazerler güçlü, düşük maliyetli ve tekrarlanabilir markalama teknolojisi olarak damgalanmıştır. Daha da önemlisi, süreç çevre dostudur ve hiçbir sarf malzemesi (mürekkep, kartuş ve kağıt gibi) gerektirmez. Artık lazer markalama sistemleri artık yalnızca CO2 lazerlere dayanmıyor; fiber lazerler ve Nd: YAG katı hal ışık kaynakları gibi diğerleri daha küçük ayak izi, daha düşük bakım maliyetleri ve verimli alternatifler sunar; ve teknolojik yeteneklerdeki ilerlemeler ortadadır. En hızlı ticari lazer markalama makineleri artık saatte on binlerce parçayı işleyebilmektedir.
Lazer markalama teknolojisinin gelişimi hızlı olsa da, lazer markalama sistemlerinin üreticileri ve kullanıcıları artık yeni zorlukların üstesinden gelmek ve işleme sonuçlarını iyileştirmek amacıyla markalama teknolojisinin sınırlarını zorlamak için yeni yollar arıyor.
Seramik Devre Lazer Markalama
Bu zorluklar, işlenecek yeni malzemelerden ve sunulacak yeni uygulamalardan kaynaklanmaktadır; bunların her biri, lazer sistemi geliştirme pazarını şekillendirirken büyüme ve yenilik ihtiyacını da beraberinde getirmektedir.
Örneğin,seramiklazer işlemede en hızlı büyüyen malzemelerden biridir ve bu malzeme özellikle yarı iletken parçaların ve devre kartlarının imalatında önemlidir. Genellikle "tüm elektronik sistem ürünlerinin anası" olarak anılan baskılı devre kartları (PCB'ler), neredeyse tüm elektronik ürünlerde kullanılan bir bileşendir ve PCB geliştirmedeki küçük değişiklikler, pazar eğilimleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.
Son yıllarda odak noktası, FP4 gibi plastik epoksi reçinelerden yapılan geleneksel baskılı devre kartlarında (PCB'ler) seramik kullanımına yöneldi. Seramik devre kartları mükemmel ısıl işlemlenebilirlik sunar, uygulanması kolaydır ve seramik olmayan PCB'lere kıyasla üstün performans sağlar. Ancak elek işleme gibi birçok markalama tekniği seramikler için uygun değildir. Seramiklerin mürekkeple işaretlenmesi zahmetlidir, birden fazla sarf malzemesi gerektirir ve aşınmaya karşı dayanıklı değildir. Seramiğin kırılganlığı ve sertliği de onları markalanması en zor malzemelerden biri haline getiriyor.
Sonuç olarak, lazerler son yıllarda mürekkepli baskı teknolojisine alternatif olarak ön plana çıktı ve birçok lazer şirketi, geleneksel CO2'nin yanı sıra diyot pompalı katı hal UV lazerleri gibi özellikle seramik markalamaya uygun sistemler geliştirdi. lazerler.
Lazer markalama şirketinin yöneticisi Andrew May, "Bu, minyatürleştirmeye yönelik bir eğilimi de içeriyor" diyor. Ancak yeni pazar trendlerini ortaya koymanın da zaman aldığını vurguluyor, "Her hafta yeni bir uygulama oluyor mu? Hayır. Ama 15 yıl önce minyatür seramiğe damga vurmazdık, şimdi yapıyoruz."
Daha esnek malzemeler, şekiller ve boyutlar
Ancak hızlı büyümesine rağmen elektronikteki seramik markalama şu anda lazer markalama şirketinin en büyük pazarı değil. Andrew May şöyle diyor: "Bizim için en büyük sektör tıbbi cihazlardır, ardından otomotiv, elektronik ve genel mühendislik bileşenleri gelir. Gerekli ürün yelpazesi, söz konusu sektöre ve sektöre bağlı olarak büyük ölçüde değişiklik gösterir."
Şirket, çok çeşitli uygulamalara yönelik markalama hizmetleri sağlayan sekiz lazer sistemine (beş tanesi Galv tahrikli) sahiptir. Bu nedenle ve şirket her zaman özel gereksinimlere sahip yeni müşteriler edindiğinden - May, esnek olabilme yeteneğinin hayati önem taşıdığını vurguluyor. Sonuç olarak, farklı parti boyutlarının yanı sıra farklı malzemeleri, şekilleri ve boyutları markalamaya uygun lazerler kullanır. Kodlardan grafiklere ve veri matrislerine kadar her şeyi yüksek hızlarda ve yüksek tekrarlanabilirlikle üretebilen lazerleriyle, sunabileceği markalama çeşitleri de müşteri tabanı kadar çeşitlidir.
Bu nedenle bu esnekliğin sağlanması, aşağıdaki gibi lazer markalama makinesi üreticileri için bir zorunluluktur:Bluhm Sistemi.
Bileşen izlenebilirliğine olan talep artıyor
Lazer markalama alanındaki bir diğer önemli trend ise izlenebilirliğin güvence altına alınması ve iyileştirilmesidir; yani bir ürünün yüzeyindeki benzersiz bir tanımlama işareti aracılığıyla bireysel olarak tanımlanması. Bu işaretleme birçok biçimde olabilir, ancak iki boyutlu kodlar (QR kodları) gibi veri matrislerinin kullanımı giderek daha popüler ve önemli hale geliyor.
Tek bir ürünü kendi benzersiz veri matris koduyla işaretleyerek, üretici, parti numarası ve kullanım ömrü gibi önemli ayrıntılarla müdahaleci olmayan bir şekilde kolayca tanımlanabilir. Bu, kalite güvencesi sağlar: tüketiciler ve kullanıcılar bir ürünün tam menşeini belirleyebilir. Bu kalite güvencesi, tüketici ile üretici arasında doğrudan bir bağlantı oluşturur ve ürüne katma değer vererek daha düşük maliyetli üretimle rekabet edebilmelerini sağlar. İnanılmaz hassasiyeti nedeniyle lazer, boyutu 200 μm kadar küçük olan ayrıntılı kodların yazılması için idealdir; bu, yoldan geçen biri tarafından görülemeyecek kadar küçüktür, ancak bir kişi konumunu biliyorsa akıllı telefonla kolayca kontrol edilebilir. Bu boyutlarda, veri matrisleri sahteciliğe karşı koruma amacıyla kullanılabilir ve yüksek kaliteli malların orijinalliğinin müdahaleci olmayan bir şekilde kontrol edilmesini kolaylaştırır. Bunun ilaç endüstrisi üzerinde büyük bir etkisi var çünkü hap gibi ilaçların sahtekarlıkla üretilip dağıtılmamasını sağlamanın bir yolu.
Bileşen izlenebilirliği, davada delil olarak kullanıldığında da önemli bir rol oynar. Örneğin, bir kişiye tıbbi nakil yapılırsa ve nakil başarısız olursa izlenebilirlik, neyin yanlış gittiğini, nerede yanlış gittiğini ve hangi grupta yanlış gittiğini tam olarak bilmelerine olanak tanır. Bu kesinlikle ürün geri çağırma gibi konularda verimliliği artırır, ancak aynı zamanda müşteriye daha fazla özerklik de verir. Bu çok açık olmayabilir, ancak toplum davalara daha fazla ilgi gösterdikçe, dava kararlarını iyileştirebilecek teknolojinin de buna ayak uydurması gerekecek.
İzlenebilirlik aynı zamanda üretim genelinde başka bir trende de katkıda bulunuyor: çevresel sürdürülebilirliğin iyileştirilmesi ve ekolojik etkinin azaltılması. Üreticiler, bir ürünü takip ederek arızalandığında veya kullanım ömrünün sonuna ulaştığında bilgi edinerek proaktif olarak daha iyi ürün değiştirme ve geri dönüşüm gerçekleştirebilir. Bu aynı zamanda ürünlerin istenildiği gibi yenileme için iade edilebileceği ve böylece daha az ekipmanın çöp sahalarına atılabileceği anlamına da gelir.
Ancak mevcut veri matrisi etiketleme sistemleri birçok zorlukla karşı karşıyadır. Bazı malzemeler (özellikle cam ve polimerlerin yanı sıra ince metaller ve folyolar) kullanımı zorlaştırır. İşaretleme aynı zamanda kalıcı ve sağlam olmalı ve sistem çok çeşitli ürün boyutlarına uyum sağlayabilmelidir.
Bazı lazer markalama makineleri için özel bir zorluk, düzlemsel olmayan yüzeylere markalamadır. Mürekkep püskürtmeli yazıcıların sayısı hâlâ bu alanda lazer tabanlı sistemlerden fazladır. Sonuç olarak sistem mühendisleri bu zorlukların üstesinden gelmek için çalışıyorlar. Örneğin, bazı lazer markalama sistemi üreticileri ortalama 20-500 W güce ve değişen döngü sürelerine sahip, 3 boyutlu yüzeylerde kullanım için otomatik ayarlı odaklama optikleriyle donatılmış ve eğriliğe göre ayarlanabilen CO2 ve fiber lazerler sunmaktadır. nesne. Bilinmeyen geometrilere sahip yüzeyleri hesaba katmak için sistemler, önce 3 boyutlu yüzeyi tarayan ve ardından markalama işlemi sırasında lazer odağını ayarlayan bir otomatik odaklı görüş sistemi kullanıyor.
Ancak lazer markalama sistemi üreticilerinin karşılaştığı tek zorluk düz olmayan yüzeyler değildir. Lazer markalama çözümleri üreticisinin CEO'su Dr. Florent Thibaut şöyle açıklıyor: "Birçok durumda, mürekkep püskürtmeli gibi küresel olarak standartlaştırılmış markalama çözümleri, her ürün için özel bir markalama sağlamak için gereken gereksinimleri karşılayamamaktadır. Şu anda , lazerlerin olağan kullanımı, tıpkı kalem kullanmak gibi sürekli bir yöntem olarak zaten mevcut. Ancak bu yeterince hızlı değil; üretim hacmini ve doğruluğunu dengeleyen bir çözüm bulmamız gerekiyor."
Lazer markalamanın her ürün için değişmesi gerektiğinden sıralı markalama etkilenir; dolayısıyla her ürüne uyarlanabilen bir markalama teknolojisine sahip olmak kritik öneme sahiptir. Üreticiler son derece yüksek üretim hacmine ihtiyaç duyuyor; markalamanın uyum sağlaması ve markalama oranının yüksek olması gerekiyor ve bu, cam veya polimer gibi belirli malzemelerin işlenmesindeki zorlukları bile hesaba katmıyor.
Bu sorunu çözmek için, bir lazer markalama çözümleri üreticisi, bu yılki Lazer Dünya Fotonik Endüstriyel Üretim Mühendisliği'nde Lazer Sistemleri İnovasyon Ödülü'nü kazanan ve tek bir sürekli ışık ışınının kullanımını tercih etmeyen VULQ1 teknolojisinin patentini aldı (tıpkı şu anda olduğu gibi). geleneksel markalama sistemleriyle ilgili durum). Bunun yerine, damga benzeri bir etki yaratmak için yüzlerce ışık huzmesini kullanıyor ve bir anda tam bir veri matrisi kodu üretiyor. Bu benzersiz damgayı üretmek için kullanılan yöntem, benzersiz bir yapıya sahip ışınlar oluşturmak için her atış bazında ayarlanabilen Uzamsal Işık Modülatörü (SLM) gibi bileşenler kullanılarak gerçekleştirilen dinamik ışın şekillendirmedir.
Diğer lazer markalama teknolojileri, yüksek verim için yüksek tekrarlama oranlarına öncelik verirken, bu teknoloji daha iyi sonuçlar için daha yüksek darbe enerjisi ve paralel işleme kullanır.
Thibaut şöyle diyor: "Bu damga benzeri markalama şeması, 2D barkod markalama için muazzam bir üretkenlik potansiyelinin kilidini açıyor ve uygulaması kolay."
Örneğin, teknolojisi PVC tıbbi parçalarını saatte 570-μm genişliğinde veri matris koduyla 77000 oranında markalamak için kullanılabilir. Sistemin işaretleyebileceği diğer malzemeler arasında HDPE polimeriyle kaplanmış alüminyum; soda-kireç camı; borosilikat cam, saf altın ve epoksi kalıplanmış kompozit.
Thibault şunları ekliyor: "Desen boyutları 100 μm kadar küçük olabilir ve tüm noktalar aynı anda işaretlendiğinden düz bir çizgide işaretlerken bile mükemmel netlikte okunabilirlik korunur." Dahası, yüksek tekrarlama frekanslarına dayanmak zorunda olmadığından, teknoloji, 20-30Hz civarında tekrarlama frekanslarına sahip kullanıma hazır kızılötesi ve yeşil Nd: YAG lazerleri kullanarak sistemler oluşturabilir ve sistemlerinin mümkün olduğu kadar uygun maliyetli olmaya devam edin.
Ultra hızlı lazer, camı veri depolama alanına dönüştürüyor
Lazer markalamanın bir başka heyecan verici yeni alanı da veri depolamadır. Araştırmacılar, verileri cam/kristal ortama kodlamak için ultra hızlı lazerler kullanarak verimli veri depolama sistemleri üretebileceklerini iddia ediyorlar. Veriler mikro ablasyon formunda cam/kristalde depolanır ve bir kez üretildiğinde inanılmaz bir süre boyunca saklanabilecektir.
2013 yılında,Hitachiilk kuvars kristali veri depolama sistemini duyurdu ve 2014 yılında Southampton Üniversitesi Optoelektronik Araştırma Merkezi'ndeki (ORC) araştırmacılar, femtosaniye lazerle kazınmış cam sistemi geliştirdiklerini duyurdular. ORC, "Project Silica" konusunda Microsoft Research ile işbirliği yapmaya başladı ORC, zb ölçekli depolama sistemleri geliştirmeyi ve "yığın depolama sistemlerinin nasıl oluşturulacağını temel olarak yeniden düşünmeyi" vaat eden "Project Silica" üzerinde Microsoft Research ile çalışmaya başladı.
Ancak cam üzerine yazmak kolay bir iş değildir ve standart darbeli UV veya CO2 lazer sistemleri mikro çatlaklar oluşturabilir; malzemenin yüzeyinin aşırı ısınması, termal sıcak noktalarda hasara yol açabilir. Darbe enerjisini azaltarak bu durumun üstesinden gelinebilir ancak yüksek hassasiyetin gerekli olduğu durumlarda bu ideal değildir. Araştırmacıların termal hasar riskini en aza indirmek için ultra hızlı (femtosaniye) lazer sistemlerine yönelmelerinin nedeni budur. Yüksek enerjili darbenin son derece kısa süresi, malzemeye son derece hassas bir şekilde markalama yapmak için yeterli enerjinin iletilmesini sağlar, yalnızca minimum düzeyde ısıdan etkilenen bölgeler oluşturur ve mikro çatlakları önler.
Bu teknolojinin mevcut sınırlaması, veri yazma hızının son derece düşük olmasıdır ve Tb ölçeğindeki verilerin yazılmasının tamamlanması yıllar alabilir. Neyse ki, devam eden atılımlar veri yazma hızlarını artırmanın yollarını öneriyor. Geçen yıl, ORC araştırmacıları Optica dergisinde enerji açısından verimli bir lazer yazma yöntemi yayınladı: Bu yöntem yalnızca hızlı olmakla kalmıyor, aynı zamanda CD boyutunda silika disklerde yaklaşık 500 Tb veri depolayabiliyor; bunlar 10,000 Blu-ray Disk depolama teknolojisinden kat kat daha yoğundur.
Araştırmacıların yeni yöntemi, silika camında yalnızca 500 x 50 nm boyutunda bireysel nanolaminer yapılar içeren küçük çukurlar oluşturmak için 10 MHz tekrarlama frekansına ve 250 fs darbe süresine sahip 515 nm fiber lazer kullanıyor. Bu yüksek yoğunluklu nanoyapılar, uzun vadeli optik veri depolama için kullanılabilir. Araştırmacılar saniyede 1,000,000 voksel yazma hızına ulaştı; bu, saniyede yaklaşık 225 KB veri (100 sayfadan fazla metin) kaydetmeye eşdeğerdir.
Yeni yöntem, 5 GB metin verisini geleneksel bir CD-ROM boyutunda silikon cam diske neredeyse %100 okuma doğruluğuyla yazmak için kullanıldı. Her voksel dört bitlik bilgi içerir ve her iki voksel bir metin karakterine karşılık gelir. Yöntemin sağladığı yazma yoğunluğunu kullanarak disk 500 Tb veri tutabilecek. Araştırmacılar, sistemin paralel yazma için yükseltilmesiyle bu kadar verinin yaklaşık 60 günde yazılmasının mümkün olabileceğini söyledi.
