Од средине{0}}а, ласери се користе за обележавање, гравирање и сечење. Прва светска машина за ласерско обележавање развијена је 1965. за будуће бушење рупа у калупима за производњу дијаманата, а технологија је потом брзо добила замах.
Рано увођењеЦО2 ласери за обележавањедогодио се 1967. године, а технологија је достигла зрелост средином-1970а кроз комерцијализацију савремених ЦО2 ласерских система. Од тада су ласерски системи за обележавање постали ослонац у широком спектру индустрија, од ваздухопловства до производње медицинских уређаја, фармацеутских производа и малопродаје.
Упркос томе што се такмиче са другим технологијама као што је инкјет штампа, ласери су означени као моћна, јефтина и поновљива технологија за прављење ознака. Важно је да је процес еколошки прихватљив и не захтева потрошни материјал (као што су мастило, кертриџи и папир). Сада се системи ласерског обележавања више не ослањају само на ЦО2 ласере; други, као што су фибер ласери и Нд:ИАГ извори светлости у чврстом стању, нуде мање површине, ниже трошкове одржавања и ефикасне алтернативе; а напредак у технолошким могућностима је евидентан. Најбрже комерцијалне машине за ласерско обележавање сада могу да обрађују десетине хиљада делова на сат.
Док је еволуција технологије ласерског обележавања била брза, произвођачи и корисници система за ласерско обележавање сада траже нове путеве како би померили границе технологије обележавања како би одговорили на нове изазове и побољшали резултате обраде.
Ласерско обележавање керамичких кола
Ови изазови потичу од нових материјала који се обрађују и нових апликација које треба да се опслужују – свака покреће потребу за растом и иновацијама док обликује тржиште за развој ласерских система.
На пример,керамикесу један од најбрже растућих материјала у ласерској обради, а овај материјал је посебно важан у производњи полупроводничких делова и штампаних плоча. Често се називају „мајком свих производа електронских система“, штампане плоче (ПЦБ) су компонента која се користи у готово свим електронским производима, а мале промене у развоју ПЦБ-а имају значајан утицај на тржишне трендове.
Последњих година, фокус се померио на употребу керамике у конвенционалним штампаним плочама (ПЦБ), које су направљене од пластичних епоксидних смола као што је ФП4. Керамичке плоче нуде одличну термичку обраду, једноставне су за имплементацију и пружају супериорне перформансе у поређењу са не-керамичким штампаним плочама. Међутим, многе технике обележавања – као што је обрада екрана нису погодне за керамику. Означавање керамике мастилом је гломазно, захтева неколико потрошних материјала и није отпорно на хабање. Кртост и тврдоћа керамике их такође чине једним од материјала које је теже означити.
Као резултат тога, ласери су постали истакнути последњих година као алтернатива технологији штампања мастилом, а многе ласерске компаније су развиле системе посебно погодне за керамичке ознаке, као што су УВ ласери са пумпом у чврстом стању, као и конвенционални ЦО2 ласери.
„Ово укључује тренд ка минијатуризацији“, каже Ендру Меј, директор компаније за ласерско обележавање. Међутим, он наглашава да увођење нових тржишних трендова такође захтева време: „Да ли сваке недеље постоји нова апликација? Не. Али пре 15 година никада нисмо обележавали минијатурну керамику, а сада јесмо“.
Флексибилнији материјали, облици и величине
Међутим, упркос брзом расту, керамичко обележавање у електроници тренутно није највеће тржиште компаније за ласерско обележавање. „Највећа индустрија за нас су медицински уређаји“, каже Ендру Меј, „затим аутомобилске, електронике и опште инжењерске компоненте. Опсег потребних производа увелико варира у зависности од индустрије и индустрије о којој је реч“.
Компанија има осам ласерских система (од којих је пет на Галв погон) који пружају услуге обележавања за широк спектар примена. Због тога, и зато што компанија увек стиче нове купце са посебним захтевима - Меј наглашава да је способност флексибилности од виталног значаја. Као резултат, користи ласере погодне за обележавање различитих материјала, облика и величина, као и различитих величина серија. Опсег маркера које може да понуди је такође разнолик као и база купаца, са својим ласерима способним да произведу све, од кодова до графике и матрица података – све при великим брзинама и са високом поновљивошћу.
Удовољавање овој флексибилности је стога неопходно за произвођаче машина за ласерско обележавање као што су нпрБлухм Системе.
Потражња за следљивошћу компоненти расте
Други важан тренд у области ласерског обележавања је осигурање и усавршавање следљивости – индивидуална идентификација производа помоћу јединствене идентификационе ознаке на његовој површини. Ово означавање може имати много облика, али све популарнија и важнија је употреба матрица података као што су дводимензионални кодови (КР кодови).
Означавањем појединачног производа сопственим јединственим кодом матрице података, може се лако идентификовати на ненаметљив начин са кључним детаљима као што су произвођач, број серије и животни век. Ово обезбеђује гаранцију квалитета: потрошачи и корисници могу одредити тачно порекло производа. Ово осигурање квалитета ствара директну везу између потрошача и произвођача и даје додатну вредност производу, омогућавајући им да се такмиче са нижом производњом. Због своје невероватне прецизности, ласер је идеално погодан за писање детаљних кодова величине чак 200 μм – премали да би га неко у пролазу видео, али се лако проверава паметним телефоном да ли особа зна своју локацију. У таквим величинама, матрице података се могу користити у сврхе борбе против фалсификовања, што олакшава проверу аутентичности висококвалитетне робе на ненаметљив начин. Ово има огроман утицај на фармацеутску индустрију јер је начин да се осигура да се лекови као што су таблете не производе и дистрибуирају на превару.
Следљивост компоненти такође игра важну улогу када се користи као доказ у парници. На пример, ако неко има медицинску трансплантацију и трансплантација не успе, следљивост им омогућава да тачно знају шта је пошло наопако, где је пошло наопако и у којој серији је пошло по злу. Ово свакако повећава ефикасност у стварима попут опозива производа, али такође даје купцу већу аутономију. Можда није очигледно, али како друштво постаје све више заинтересовано за судске спорове, технологија која може побољшати судске пресуде мораће да иде у корак.
Следљивост такође доприноси још једном тренду у производњи: побољшању одрживости животне средине и смањењу еколошког утицаја. Праћењем производа да би знали када поквари, или знајући када достигне крај свог животног циклуса, произвођачи су у могућности да проактивно замене и рециклирају. То такође значи да се производи могу вратити на реновирање како је предвиђено, тако да мање опреме може завршити на депонијама.
Међутим, тренутни системи означавања матрице података суочавају се са многим изазовима. Одређени материјали отежавају руковање - посебно стакло и полимери, као и танки метали и фолије. Означавање такође мора бити трајно и стабилно, а систем мора бити у стању да прихвати широк спектар величина производа.
Посебан изазов за неке машине за ласерско обележавање је обележавање на непланарним површинама. Инкјет штампачи су још увек бројнији од ласерских система у овој области. Као резултат тога, системски инжењери раде на превазилажењу ових изазова. На пример, неки произвођачи ласерских система за обележавање нуде ЦО2 и ласере са влакнима са просечном снагом од 20-500 В и променљивим временима циклуса, опремљене оптиком за фокусирање са аутоматским подешавањем за употребу на 3Д површинама које се могу прилагодити закривљености објекат. Да би се узеле у обзир површине непознате геометрије, системи користе систем аутофокусног вида који прво скенира 3Д површину, а затим подешава фокус ласера током процеса обележавања.
Међутим, неравне површине нису једини изазов са којим се суочавају произвођачи система за ласерско обележавање. Др Флорент Тибо, извршни директор произвођача решења за ласерско обележавање, објашњава: „У многим случајевима, решења за обележавање која су стандардизована на глобалном нивоу, као што је инкџет, нису у стању да испуне захтеве потребне за обезбеђивање специфичне ознаке за сваки производ. Тренутно , уобичајена употреба ласера је већ доступна као континуирана метода, баш као и употреба оловке. Међутим, ово није довољно брзо – морамо пронаћи решење које балансира обим производње и тачност."
Утиче на секвенцијално обележавање јер ласерско обележавање мора да се мења за сваки производ, тако да је критично имати технологију обележавања која се може прилагодити сваком производу. Произвођачи захтевају изузетно високу пропусност – обележавање се мора прилагодити и брзина обележавања мора бити висока – а то чак ни не узима у обзир потешкоће у преради одређених материјала као што су стакло или полимери.
Да би решио овај проблем, произвођач решења за ласерско обележавање патентирао је своју ВУЛК1 технологију, која је освојила награду за иновацију ласерских система на овогодишњем Ласер Ворлд Пхотоницс Индустриал Продуцтион Енгинееринг, која се не опредељује за коришћење једног непрекидног снопа светлости (као што је случај са конвенционалним системима обележавања). Уместо тога, користи стотине светлосних снопова да би произвео ефекат налик печату - производећи цео код матрице података у тренутку. Метода која се користи за производњу овог јединственог печата је динамичко обликовање зрака, које се постиже коришћењем компоненти као што је Спатиал Лигхт Модулатор (СЛМ), који се може подесити на основу сваког снимка како би се створиле зраке са јединственом структуром.
Док друге технологије ласерског обележавања могу дати предност високим стопама понављања за високу пропусност, ова технологија користи већу енергију импулса и паралелну обраду за боље резултате.
Тхибаут каже: „Ова шема означавања налик печату откључава огроман потенцијал продуктивности за 2Д означавање бар кодом и једноставна је за имплементацију.“
На пример, његова технологија може да се користи за обележавање ПВЦ медицинских делова са 570-μм широким кодом матрице података брзином од 77,000 на сат. Остали материјали које систем може означити укључују алуминијум обложен ХДПЕ полимером; натријум-кречно стакло; боросиликатно стакло, чисто злато и композит од епоксида.
Тхибаулт додаје: „Величине узорака могу бити мале и до 100 μм, уз одржавање савршено јасне читљивости, чак и када се означавају у правој линији, јер су све тачке означене истовремено.“ Штавише, пошто не мора да се ослања на високе фреквенције понављања, технологија може да изгради системе користећи готове инфрацрвене и зелене Нд:ИАГ ласере са фреквенцијом понављања од око 20-30 Хз, обезбеђујући да њени системи остати што је могуће исплативији.
Ултрабрзи ласер претвара стакло у складиште података
Још једна узбудљива нова област ласерског обележавања је складиштење података. Истраживачи тврде да могу да произведу ефикасне системе за складиштење података користећи ултрабрзе ласере за кодирање података у стаклене/кристалне медије. Подаци се чувају у стаклу/кристалу у облику микроаблације, а када буду произведени, моћи ће да се сачувају невероватно дуго.
2013,Хитацхинајавио свој први систем за складиштење података од кристала кварца, а 2014. године истраживачи са Истраживачког центра за оптоелектронику Универзитета у Саутемптону (ОРЦ) објавили су свој развој фемтосекундног ласерски урезаног стакленог система. ОРЦ је почео да сарађује са Мицрософт Ресеарцх-ом на „Пројекту Силица“ ОРЦ је почео да ради са Мицрософт Ресеарцх-ом на „Пројекту Силица“, који обећава развој система за складиштење у зб размерама и „фундаментално преиспитивање како да се изгради систем за масовно складиштење података.
Међутим, писање на стаклу није лак задатак, а стандардни импулсни УВ или ЦО2 ласерски системи могу створити микропукотине - прекомерно загревање површине материјала може довести до оштећења на термалним врућим тачкама. Иако се ово може заобићи смањењем енергије импулса, није идеално када је потребна висока прецизност. Због тога се истраживачи окрећу ултрабрзим (фемтосекундним) ласерским системима како би минимизирали ризик од термичког оштећења. Ултра-кратко трајање високоенергетског импулса обезбеђује да се материјалу испоручи довољно енергије да се обележи са изузетном прецизношћу, стварајући само минималне зоне под утицајем топлоте и избегавајући микропукотине.
Тренутно ограничење ове технологије је изузетно мала брзина писања података, а писање података на Тб скали може потрајати годинама. Срећом, текућа открића сугеришу начине за повећање брзине писања података. Прошле године, истраживачи ОРЦ-а објавили су енергетски ефикасан метод ласерског писања у часопису Оптица: не само да је овај метод брз, већ може да похрани око 500 Тб података на дискове величине ЦД-а – њих је 10,000 пута гушће од Блу-раи Дисц технологије за складиштење.
Нова метода истраживача користи ласер са влакнима од 515 нм са фреквенцијом понављања од 10 МХз и трајањем импулса од 250 фс за стварање сићушних рупица у силицијум стаклу, које садрже појединачне наноламинарне структуре димензија само 500 × 50 нм. Ове наноструктуре високе густине могу се користити за дуготрајно складиштење оптичких података. Истраживачи су постигли брзину писања од 1,000,000 воксела у секунди, што је еквивалентно снимању око 225 КБ података (више од 100 страница текста) у секунди.
Нова метода је коришћена за писање 5 ГБ текстуалних података на диск од силиконског стакла величине конвенционалног ЦД-РОМ-а са скоро 100% тачности читања. Сваки воксел садржи четири бита информација, при чему свака два воксела одговарају једном текстуалном карактеру. Користећи густину писања коју обезбеђује метода, диск ће моћи да задржи 500 Тб података. Надоградњом система за паралелно писање требало би да буде изводљиво да се напише толико података за око 60 дана, рекли су истраживачи.
