การมาร์กด้วยเลเซอร์—แบรนด์-เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ใหม่

1 คำนำ

ในช่วงปลายทศวรรษ 1970 และต้นทศวรรษ 1980 -เทคโนโลยีการใช้เลเซอร์ใหม่-เทคโนโลยีการมาร์กด้วยเลเซอร์-ได้ถือกำเนิดขึ้นอย่างเงียบๆ ในเวทีระดับนานาชาติ เครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์แสดงถึงการประยุกต์ใช้หลักการประมวลผลด้วยเลเซอร์อย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ใช้ลำแสงเลเซอร์ที่ผ่านการประมวลผลเพื่อฉายรังสีพื้นผิวของวัสดุ พลังงานแสงจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนทันที ส่งผลให้วัสดุพื้นผิวละลายหรือกลายเป็นไอในทันที ทำให้เกิดเครื่องหมายที่ประกอบด้วยข้อความ ลวดลาย และองค์ประกอบอื่นๆ
2 สาขาการใช้งานและข้อดีของการมาร์กด้วยเลเซอร์

ในภาคอุตสาหกรรม มีการเปลี่ยนแปลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปจากการประมวลผลทางไฟฟ้าไปสู่ยุคของการประมวลผลแบบออปติก เครื่องมาร์กด้วยเลเซอร์มีความหลากหลายสูง ให้ผลลัพธ์และความเสถียรที่ยอดเยี่ยม และส่งผลให้มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในสาขาต่างๆ มากมาย พวกเขาสามารถแกะสลักวัสดุโลหะต่างๆ-รวมถึง-วัสดุที่ไม่ใช่โลหะ-หรือสร้างเครื่องหมายถาวร-ต่อต้านการปลอมแปลงที่ยากต่อการทำซ้ำ อำนวยความสะดวกด้วยระบบอินพุตและเอาท์พุตของคอมพิวเตอร์ และใช้กลไกการสแกนกัลวาโนมิเตอร์ เครื่องจักรเหล่านี้จึงมีความเร็วในการประมวลผลที่รวดเร็ว ระบบนำทางด้วยแสงแบบปิด-แสดงให้เห็นความสามารถในการปรับตัวที่ดีกับสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย ในขณะที่โครงสร้างภายในแบบแยกส่วนทำให้การบำรุงรักษาและการบริการทำได้ง่ายขึ้น เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการรวมเข้ากับขั้นตอนการผลิต "ออนไลน์" ขณะนี้เครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการติดเครื่องหมายการค้า หมายเลขชุด วันที่ บาร์โค้ด และตัวระบุอื่นๆ กับผลิตภัณฑ์ที่หลากหลาย รวมถึงรายการฮาร์ดแวร์ต่างๆ ภาชนะโลหะ เครื่องมือที่มีความแม่นยำ ชิ้นส่วนยานยนต์ ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เครื่องมือตัด ของขวัญ นาฬิกา อุปกรณ์ติดตั้งประปา กรอบแว่นตา หัวเข็มขัดกระเป๋า ซิป กระดุม หัวเข็มขัดรองเท้า และแป้นพิมพ์คอมพิวเตอร์ รูปที่ 1 และ 2 ตามลำดับ แสดงให้เห็นรูปแบบที่สร้างขึ้นผ่านการมาร์กด้วยเลเซอร์บนจานแม่เหล็กและยางลบ ด้วยการผ่านกระบวนการมาร์กด้วยเลเซอร์ ผลิตภัณฑ์จึงสามารถยกระดับคุณภาพและเพิ่มความสามารถในการแข่งขันในตลาดได้

การมาร์กด้วยเลเซอร์มีข้อดีที่แทบจะไม่มีใครเทียบได้ด้วยวิธีการแบบดั้งเดิม (เช่น การกัดด้วยสารเคมี การตัดเฉือนด้วยไฟฟ้า การแกะสลักด้วยกลไก และการพิมพ์) ประการแรก ใช้เทคโนโลยีการควบคุมเชิงตัวเลข (NC)-หรือการควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์โดยตรง- ทำให้ง่ายต่อการปรับเปลี่ยนเนื้อหาการมาร์ก ความสามารถนี้สอดคล้องอย่างสมบูรณ์แบบกับ-ประสิทธิภาพสูงและความต้องการที่รวดเร็ว-ของการผลิตสมัยใหม่ ประการที่สอง โดยใช้เลเซอร์เป็นสื่อในการประมวลผล ทำให้ได้รับความแม่นยำในการแกะสลักที่ยอดเยี่ยม ขณะเดียวกันก็แสดงให้เห็นถึงความเข้ากันได้ในวงกว้างกับวัสดุต่างๆ ทำให้สามารถสร้างการมาร์กที่ซับซ้อนสูงและทนทานเป็นพิเศษบนพื้นผิวที่หลากหลาย สุดท้ายนี้ เนื่องจากกระบวนการไม่เกี่ยวข้องกับการสัมผัสทางกายภาพหรือแรงทางกลที่กระทำกับชิ้นงาน จึงมั่นใจได้ว่าความเที่ยงตรงและความสมบูรณ์ดั้งเดิมของชิ้นงานจะยังคงอยู่อย่างสมบูรณ์ สามารถใช้เป็นขั้นตอนสุดท้ายของกระบวนการผลิตได้ ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการดำเนินการหลังการมาร์กขั้นสุดท้าย- วิธีการประมวลผลมีความยืดหยุ่นสูง สามารถรองรับความต้องการของทั้ง{{10}รูปแบบห้องปฏิบัติการ การผลิต{11}}ชุดเล็ก และ-การผลิตทางอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ นอกจากนี้ มันไม่ก่อให้เกิดมลพิษและไม่ทำให้เกิดการปนเปื้อนต่อสิ่งแวดล้อม-ซึ่งเป็นปัจจัยที่มีความสำคัญเป็นพิเศษในโลกปัจจุบัน ซึ่งการปกป้องสิ่งแวดล้อมมีความสำคัญมากขึ้น สิ่งสำคัญที่สุดคือ เครื่องหมายที่สร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีการมาร์กด้วยเลเซอร์เป็นเรื่องยากมากที่จะปลอมแปลงหรือดัดแปลง จึงมีความสามารถในการต่อต้าน-การปลอมแปลงที่มีประสิทธิภาพ นับตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1990-โดยได้รับแรงผลักดันจากการเติบโตที่เพิ่มมากขึ้นของเทคโนโลยีการมาร์กด้วยเลเซอร์ การปรับแต่งอุปกรณ์การมาร์กด้วยเลเซอร์อย่างต่อเนื่อง และความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นของตลาดเกี่ยวกับเทคนิคใหม่นี้-และสาเหตุหลักมาจากข้อได้เปรียบที่แตกต่างกัน เทคโนโลยีการมาร์กด้วยเลเซอร์จึงได้รับการประยุกต์ใช้อย่างแพร่หลายมากขึ้นในระดับสากล โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อบริษัท Intel ที่มีชื่อเสียงในอเมริกาเปิดตัวชิป CPU คอมพิวเตอร์รุ่นใหม่-Pentium, Pentium Pro และ Pentium MMX- บริษัทได้ใช้เทคโนโลยีการมาร์กด้วยเลเซอร์เพื่อสลักเครื่องหมายบนพื้นผิวของชิปทุกตัว

3 การจำแนกประเภทของเครื่องเลเซอร์มาร์กเกอร์
การมาร์กด้วยเลเซอร์เกิดขึ้นได้อย่างไร? โดยทั่วไปแล้ว การมาร์กด้วยเลเซอร์ทำได้สำเร็จภายใต้การควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ โดยสร้างการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างชิ้นงานกับลำแสงเลเซอร์ ทำให้ลำแสงเลเซอร์ระเหยสัญลักษณ์และลวดลายที่ต้องการลงบนพื้นผิวชิ้นงาน ตามทฤษฎีแล้ว ตราบใดที่สามารถกำหนดการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ที่ควบคุมได้ระหว่างเลเซอร์กับชิ้นงาน การมาร์กด้วยเลเซอร์ก็สามารถเกิดขึ้นได้ ด้วยเหตุนี้ สาขาการมาร์กด้วยเลเซอร์ในปัจจุบันจึงมีเครื่องมาร์กด้วยเลเซอร์หลากหลายประเภท

ขึ้นอยู่กับว่าลำแสงเลเซอร์อยู่กับที่หรือกำลังเคลื่อนที่ เครื่องยิงเลเซอร์สามารถแบ่งได้เป็นสองประเภทกว้างๆ คือ: ระบบลำแสงคงที่-และระบบลำแสงเคลื่อนที่- ตามชื่อที่แนะนำ แบบแรกเกี่ยวข้องกับลำแสงเลเซอร์ที่อยู่กับที่ซึ่งมีชิ้นงานที่กำลังเคลื่อนที่ ในขณะที่แบบหลังเกี่ยวข้องกับลำแสงเลเซอร์ที่กำลังเคลื่อนที่พร้อมกับชิ้นงานที่อยู่นิ่ง โดยทั่วไปแล้วเครื่องทำเครื่องหมายด้วยลำแสงเลเซอร์-แบบคงที่จะใช้โต๊ะทำงานสองมิติ-ที่ควบคุมโดย CNC- เพื่อควบคุมชิ้นงานที่ถูกทำเครื่องหมาย ข้อได้เปรียบหลักคือต้นทุนค่อนข้างต่ำ อย่างไรก็ตาม ข้อเสียก็มีความชัดเจนพอๆ กัน: ความเร็วการมาร์กช้า ความแม่นยำในการมาร์กต่ำกว่า ความยากในการมาร์กเนื้อหาที่ซับซ้อน เช่น ภาพถ่าย และความท้าทายในการรวมสิ่งเหล่านี้เข้ากับสายการผลิตออนไลน์ เครื่องทำเครื่องหมายด้วยลำแสงเลเซอร์เคลื่อนที่-สามารถแบ่งย่อยเพิ่มเติมได้เป็นประเภทต่างๆ ตามวิธีการเฉพาะในการจัดการลำแสง แม้ว่าแต่ละระบบจะมีข้อดีและข้อเสียเฉพาะตัว แต่โดยทั่วไปแล้วระบบลำแสงเคลื่อนที่{10}}จะมีประสิทธิภาพเหนือกว่าระบบลำแสงคงที่ ในบรรดาระบบ-ลำแสงเคลื่อนที่ เครื่องยิงเลเซอร์ที่ใช้กัลวาโนมิเตอร์-มีความโดดเด่นเป็นตัวอย่างชั้นนำ ในปัจจุบัน เป็นที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางในชุมชนการมาร์กด้วยเลเซอร์ระดับนานาชาติว่า ในบรรดาเครื่องจักรที่หลากหลายที่มีอยู่ ระบบที่ใช้กัลวาโนมิเตอร์-}ด้วยข้อได้เปรียบที่มีหลายประการ- ได้กลายมาเป็นผลิตภัณฑ์กระแสหลักและถือเป็นทิศทางที่ชัดเจนสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีการมาร์กด้วยเลเซอร์ในอนาคต

ขึ้นอยู่กับประเภทของแหล่งกำเนิดแสงที่ใช้ เครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ยังสามารถจำแนกได้เป็นเครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ YAG และเครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ CO2 แหล่งกำเนิดแสงที่แตกต่างกันทั้งสองนี้เหมาะสำหรับการทำเครื่องหมายวัสดุประเภทต่างๆ เนื่องจากความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน เครื่องยิงเลเซอร์ด้วยแก๊ส CO2 จึงถูกจำกัดให้ทำเครื่องหมายบนวัสดุที่ไม่ใช่-โลหะ ในขณะที่เครื่องยิงเลเซอร์สถานะของแข็ง-ของ YAG สามารถทำเครื่องหมายได้ทั้งวัสดุที่ไม่ใช่-โลหะและโลหะ วัสดุสิ้นเปลืองหลักสำหรับเครื่องมาร์กด้วยเลเซอร์ด้วยแก๊ส CO2 คือส่วนผสมของก๊าซหรือท่อเลเซอร์ทดแทน นอกจากนี้ เลนส์เจอร์เมเนียมยังเป็นส่วนประกอบ-และ-การฉีกขาดซึ่งมีต้นทุนค่อนข้างสูง ในทางตรงกันข้าม วัสดุสิ้นเปลืองหลักสำหรับเครื่องมาร์กด้วยเลเซอร์สถานะของแข็ง-ของ YAG คือหลอดไฟปั๊ม (เลเซอร์แบบพัลซ์ใช้ไฟซีนอน ในขณะที่เลเซอร์แบบคลื่นต่อเนื่อง-ใช้หลอดคริปทอน) ซึ่งมีราคาไม่แพง ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดยได้แรงหนุนจากราคาที่ลดลงของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ เทคโนโลยีเลเซอร์รูปแบบใหม่ได้ถือกำเนิดขึ้น ซึ่งก็คือคริสตัลเลเซอร์แบบปั๊ม{14}ของเซมิคอนดักเตอร์ (เช่น YAG) ซึ่งสร้างลำแสงเลเซอร์ที่ความยาวคลื่น 1,064 นาโนเมตร ระบบเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะคือ-อายุการใช้งานการทำงานที่ไม่ต้องบำรุงรักษา 10,000 ชั่วโมง มีขนาดกะทัดรัด และ-ต่างจากระบบแบบเดิม-ที่ไม่ต้องใช้โครงสร้างพื้นฐานการทำความเย็นขนาดใหญ่- Daheng Laser (จีน) เป็นผู้บุกเบิกตลาดภายในประเทศ โดยประสบความสำเร็จในการพัฒนาเครื่องมาร์คกิ้งด้วยเลเซอร์ YVO4 แบบปั๊มเซมิคอนดักเตอร์เครื่องแรก เทคโนโลยีนี้ได้ก้าวไปสู่มาตรฐานสากลขั้นสูง และตั้งแต่นั้นมาก็กลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้มาตรฐานและเป็นที่ยอมรับ

4 การเลือกเครื่องเลเซอร์มาร์กกิ้ง

ระบบการมาร์กด้วยเลเซอร์ใช้พลังงานเลเซอร์เพื่อสร้างมาร์กบนพื้นผิว อย่างไรก็ตาม ผลกระทบที่เกิดขึ้นจริงอาจแตกต่างกันอย่างมาก ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ประเภทของเลเซอร์ที่ใช้และคุณสมบัติโดยธรรมชาติของวัสดุซับสเตรต ตัวอย่างเช่น เลเซอร์ CO2 แบบคลื่น-ต่อเนื่องมักจะสร้างรอยผ่านการระเหยที่พื้นผิว (การกัด) เลเซอร์แก๊สแรงดันบรรยากาศ (TEA) ที่ตื่นเต้นตามขวางเป็นจังหวะ (TEA) บรรลุการทำเครื่องหมายผ่านการทำให้เป็นคาร์บอน เลเซอร์เอ็กไซเมอร์อาศัยปฏิกิริยาโฟโตเคมีคอล ในขณะที่เลเซอร์ Nd:YAG ใช้วิธีการปฏิกิริยาเทอร์โมเคมี

แต่ละแอปพลิเคชันเฉพาะนำเสนอชุดข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพที่เป็นเอกลักษณ์ ด้วยเหตุนี้จึงไม่สามารถเลือกระบบเลเซอร์ได้ตามอำเภอใจ สำหรับนักออกแบบระบบการมาร์กด้วยเลเซอร์ ความท้าทายที่สำคัญอยู่ที่การเลือกความยาวคลื่นเลเซอร์และการกำหนดค่าเชิงแสงที่เหมาะสมที่สุดสำหรับวัสดุซับสเตรตใดๆ เพื่อให้แน่ใจว่าจะสร้างมาร์กในอุดมคติ-คุณภาพสูง กุญแจสำคัญสู่ความสำเร็จในการมาร์กด้วยเลเซอร์อยู่ที่การนำวิธีการ "6-Sigma" ไปใช้อย่างเข้มงวด ตัวอย่างเช่น ในบริบทของการมาร์กพลาสติก นักออกแบบจะต้องวิเคราะห์ทั้งองค์ประกอบทางเคมีของวัสดุและกระบวนการขึ้นรูปอย่างละเอียดเพื่อให้แน่ใจว่าสารเติมแต่งจะกระจายตัวสม่ำเสมอ และเพื่ออำนวยความสะดวกในการบูรณาการเทคโนโลยีการควบคุมคุณภาพอย่างครอบคลุม เช่น ระบบวิชันซิสเต็ม

จนถึงปัจจุบัน ระบบเลเซอร์ Nd:YAG และ CO2 ที่ควบคุมลำแสงได้ยังคงเป็นโซลูชันที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานการมาร์กด้วยเลเซอร์ ภาพประกอบของการกำหนดค่าทางกายภาพของเครื่องมาร์กด้วยเลเซอร์ Nd:YAG สามารถพบได้ในรูปที่ 3 ระบบทั่วไปใช้กระจกสแกนคู่หนึ่งเพื่อควบคุมลำแสงเลเซอร์ โดยกำหนดทิศทางลำแสงผ่านระบบเลนส์ใกล้วัตถุเพื่อโฟกัสไปที่พื้นผิวเป้าหมายอย่างแม่นยำ กระจกเหล่านี้ดำเนินการเคลื่อนไหวการสแกนอย่างเคร่งครัดตามคำสั่งที่ออกโดยคอมพิวเตอร์ควบคุม เลเซอร์อื่นๆ-เช่น เลเซอร์แก๊สแรงดันบรรยากาศ-ที่ตื่นเต้นตามขวางเป็นจังหวะ-ใช้การมาร์กแบบสวมหน้ากาก ขณะที่ระบบการมาร์กแบบเลเซอร์ดอท CO2- ก็ใช้ในอุตสาหกรรมการมาร์กเช่นกัน