Alates keskpaigast-1960 on lasereid kasutatud märkide tegemiseks, söövitamiseks ja lõikamiseks. Maailma esimene lasermärgistusmasin töötati välja 1965. aastal teemanttootmisvormidesse tulevaste aukude puurimiseks ja tehnoloogia sai seejärel kiire hoo.
Varajane tutvustamineCO2 laserid märgistamisekstoimus 1967. aastal ja tehnoloogia saavutas küpsuse kesk-1970s, tänu kaasaegsete CO2 lasersüsteemide turustamisele. Sellest ajast alates on lasermärgistussüsteemidest saanud tugisammas paljudes tööstusharudes alates kosmosetööstusest kuni meditsiiniseadmete tootmise, ravimite ja jaemüügini.
Vaatamata konkureerimisele teiste tehnoloogiatega, näiteks tindiprinteriga, on lasereid tembeldatud kui võimsat, odavat ja korratavat märgistamistehnoloogiat. Oluline on see, et protsess on keskkonnasõbralik ega nõua kulumaterjale (nt tinti, kassette ja paberit). Nüüd ei tugine lasermärgistussüsteemid enam ainult CO2 laseritele; teised, nagu kiudlaserid ja Nd: YAG pooljuhtvalgusallikad, pakuvad väiksemat jalajälge, madalamaid hoolduskulusid ja tõhusaid alternatiive; ja tehnoloogiliste võimaluste areng on ilmne. Kiireimad kaubanduslikud lasermärgistusmasinad suudavad nüüd töödelda kümneid tuhandeid osi tunnis.
Kuigi lasermärgistamise tehnoloogia areng on olnud kiire, otsivad lasermärgistussüsteemide tootjad ja kasutajad nüüd uusi teid, et nihutada märgistamistehnoloogia piire, et vastata uutele väljakutsetele ja parandada töötlemistulemusi.
Keraamiliste ahelate lasermärgistus
Need väljakutsed tulenevad uutest töödeldavatest materjalidest ja uutest rakendustest, millest igaüks juhib kasvu ja innovatsiooni vajadust, kujundades samal ajal lasersüsteemide arendamise turgu.
Näiteks,keraamikaon lasertöötluses üks kiiremini kasvavaid materjale ning see materjal on eriti oluline pooljuhtdetailide ja trükkplaatide valmistamisel. Tihti nimetatakse "kõigi elektroonikasüsteemide toodete emaks", trükkplaadid (PCB-d) on peaaegu kõigis elektroonikatoodetes kasutatavad komponendid ning väikesed muudatused trükkplaatide arengus mõjutavad oluliselt turusuundumusi.
Viimastel aastatel on tähelepanu nihkunud keraamika kasutamisele tavalistes trükkplaatides (PCB), mis on valmistatud plastist epoksüvaikudest, näiteks FP4. Keraamilised trükkplaadid pakuvad suurepärast kuumtöödeldavust, neid on lihtne rakendada ja pakuvad paremat jõudlust võrreldes mittekeraamiliste PCB-dega. Kuid paljud märgistamistehnikad, näiteks sõelatöötlus, ei sobi keraamikale. Keraamika tindimärgistamine on tülikas, nõuab mitut kulumaterjali ega ole kulumiskindel. Keraamika rabedus ja kõvadus muudavad need ka üheks raskemini märgitavaks materjaliks.
Selle tulemusena on laserid viimastel aastatel tindiprintimise tehnoloogia alternatiivina esile kerkinud ning paljud laserifirmad on välja töötanud keraamiliste märgistuste jaoks eriti sobivaid süsteeme, nagu dioodpumbaga tahkis-UV laserid, aga ka tavapärane CO2. laserid.
"See hõlmab miniaturiseerimise suundumust, " ütleb lasermärgistamise ettevõtte direktor Andrew May. Samas rõhutab ta, et ka uute turutrendide juurutamine võtab aega: "Kas iga nädal on mõni uus rakendus? Ei. Aga 15 aastat tagasi ei teinud me miniatuursele keraamikale mingit märgistust ja nüüd teeme seda."
Paindlikumad materjalid, kujud ja suurused
Hoolimata kiirest kasvust ei ole elektroonika keraamiline markeerimine aga praegu lasermärgistusega tegeleva ettevõtte suurim turg. "Suurim tööstusharu meie jaoks on meditsiiniseadmed," ütleb Andrew May, "siis autotööstus, elektroonika ja üldised insenerikomponendid. Vajalike toodete valik varieerub olenevalt tööstusest ja tööstusest."
Ettevõttel on kaheksa lasersüsteemi (millest viis on Galv-põhised), mis pakuvad märgistamisteenuseid mitmesuguste rakenduste jaoks. Seetõttu ja seetõttu, et ettevõte omandab alati uusi kliente eritellimusel kohandatud nõuetega – rõhutab May, et paindlikkuse oskus on ülioluline. Selle tulemusena kasutab see lasereid, mis sobivad erinevate materjalide, kuju ja suuruse ning erinevate partiide suuruste märgistamiseks. Selle pakutavate markerite valik on samuti sama mitmekesine kui tema kliendibaas, kuna laserid on võimelised tootma kõike alates koodidest kuni graafika ja andmemaatriksiteni – seda kõike suurel kiirusel ja suure reprodutseeritavusega.
Seetõttu on lasermärgistusmasinate tootjate jaoks vajalik selle paindlikkuse tagamineBluhm süsteem.
Nõudlus komponentide jälgitavuse järele kasvab
Teine oluline trend lasermärgistamise vallas on jälgitavuse tagamine ja täiustamine – toote individuaalne identifitseerimine selle pinnal oleva kordumatu tunnusmärgi abil. See märgistus võib esineda mitmel kujul, kuid üha populaarsemaks ja olulisemaks muutub andmemaatriksite, näiteks kahemõõtmeliste koodide (QR-koodide) kasutamine.
Märgistades üksiku toote oma unikaalse andmemaatriksi koodiga, saab seda hõlpsasti tuvastada mittepealetükkival viisil selliste põhiandmetega nagu tootja, partii number ja kasutusiga. See tagab kvaliteedi: tarbijad ja kasutajad saavad määrata toote täpse päritolu. See kvaliteedi tagamine loob otsese sideme tarbija ja tootja vahel ning annab tootele lisandväärtust, võimaldades neil konkureerida odavamate tootmiskuludega. Tänu oma uskumatule täpsusele sobib laser ideaalselt juba 200 μm suuruste üksikasjalike koodide kirjutamiseks – liiga väike, et keegi mööduja seda näeks, kuid seda on lihtne nutitelefoniga kontrollida, kui inimene oma asukohta teab. Selliste suuruste korral saab andmemaatriksit kasutada võltsimise tõkestamiseks, mis teeb kvaliteetsete kaupade ehtsuse kontrollimise lihtsaks mittepealetükkival viisil. Sellel on suur mõju farmaatsiatööstusele, kuna see on viis tagada, et ravimeid, nagu pillid, ei toodetaks ega levitataks pettuse teel.
Komponentide jälgitavus mängib samuti olulist rolli, kui seda kasutatakse tõendina kohtuvaidlustes. Näiteks kui kellelegi tehakse meditsiiniline siirdamine ja siirdamine ebaõnnestub, võimaldab jälgitavus tal täpselt teada, mis läks valesti, kus läks valesti ja millises partiis läks valesti. See suurendab kindlasti tõhusust sellistes asjades nagu toodete tagasivõtmine, kuid annab ka kliendile suurema autonoomia. See ei pruugi olla ilmne, kuid kuna ühiskond hakkab kohtuvaidluste vastu rohkem huvi tundma, peab tehnoloogia, mis võib kohtuvaidluste otsuseid tõhustada, sammu pidama.
Jälgitavus aitab kaasa ka teisele tootmissuunale: keskkonnasäästlikkuse parandamisele ja ökoloogilise mõju vähendamisele. Jälgides toodet, et teada saada, millal see ebaõnnestub, või teades, millal see jõuab oma elutsükli lõpuni, saavad tootjad paremini ennetavalt asendada ja ringlusse võtta. See tähendab ka seda, et tooteid saab renoveerimiseks tagastada nii, nagu ette nähtud, mistõttu võib prügimäele sattuda vähem seadmeid.
Praegused andmemaatriksi märgistamise süsteemid seisavad aga silmitsi paljude väljakutsetega. Teatud materjalid muudavad käsitsemise keerulisemaks – eriti klaas ja polümeerid, aga ka õhukesed metallid ja fooliumid. Märgistus peab olema ka püsiv ja stabiilne ning süsteem peab suutma mahutada laias valikus toote suurusi.
Mõnede lasermärgistusmasinate jaoks on eriliseks väljakutseks märgistamine mittetasapinnalistele pindadele. Tindiprinterite arv on selles valdkonnas endiselt suurem kui laseripõhiste süsteemide arv. Selle tulemusena töötavad süsteemiinsenerid nende väljakutsete ületamiseks. Näiteks pakuvad mõned lasermärgistussüsteemide tootjad CO2- ja kiudlasereid keskmise võimsusega 20-500 W ja erinevate tsükliaegadega, mis on varustatud automaatselt reguleeritava teravustamisoptikaga kasutamiseks 3D-pindadel, mida saab reguleerida vastavalt kõverusele. objekti. Tundmatu geomeetriaga pindade arvessevõtmiseks kasutavad süsteemid automaatse teravustamise nägemissüsteemi, mis skaneerib esmalt 3D-pinda ja seejärel reguleerib märgistamisprotsessi käigus laserfookust.
Mittetasased pinnad pole aga lasermärgistussüsteemide tootjate ainus väljakutse. Dr Florent Thibaut, lasermärgistuslahenduste tootja tegevjuht, selgitab: "Paljudel juhtudel ei suuda ülemaailmselt standarditud märgistuslahendused, näiteks tindiprinter, täita nõudeid, mis on vajalikud iga toote jaoks konkreetse märgi andmiseks. Praegu , tavapärane laserite kasutamine on juba olemas pidevmeetodina, nagu ka pliiatsi kasutamine. See aga ei ole piisavalt kiire – tuleb leida lahendus, mis tasakaalustab tootmismahu ja täpsuse."
Järjestikust märgistamist mõjutab see, et lasermärgistus peab iga toote puhul muutuma, seega on iga toote jaoks kohandatava märgistamistehnoloogia olemasolu ülioluline. Tootjad nõuavad äärmiselt suurt läbilaskevõimet – märgistus peab kohanema ja märgistamismäär peab olema kõrge – ning see ei võta isegi arvesse teatud materjalide, näiteks klaasi või polümeeride töötlemise raskusi.
Selle probleemi lahendamiseks on lasermärgistuslahenduste tootja patenteerinud oma VULQ1 tehnoloogia, mis võitis Laser World Photonics Industrial Production Engineering selle aasta Laser Systems Innovation Award auhinna, mis ei vali ühe pideva valguskiire kasutamist (nagu ka tavaliste märgistussüsteemide puhul). Selle asemel kasutab see templitaolise efekti tekitamiseks sadu valguskiire – kogu andmemaatriksi koodi loomine hetkega. Selle ainulaadse templi tootmiseks kasutatav meetod on dünaamiline valgusvihu kujundamine, mis saavutatakse selliste komponentidega nagu ruumiline valgusmodulaator (SLM), mida saab iga võtte kaupa reguleerida, et luua ainulaadse struktuuriga kiirteid.
Kuigi teised lasermärgistamise tehnoloogiad võivad suure läbilaskevõime jaoks eelistada kõrgeid kordussagedusi, kasutab see tehnoloogia paremate tulemuste saavutamiseks suuremat impulsienergiat ja paralleelset töötlemist.
Thibaut ütleb: "See templilaadne märgistusskeem avab 2D vöötkoodi märgistamise tohutu tootlikkuse potentsiaali ja seda on lihtne rakendada."
Näiteks saab selle tehnoloogiat kasutada PVC meditsiiniliste osade märgistamiseks 570-μm laiuse andmemaatriksi koodiga kiirusega 77,000 tunnis. Muud materjalid, mida süsteem võib märgistada, hõlmavad HDPE polümeeriga kaetud alumiiniumi; sooda-lubjaklaas; boorsilikaatklaas, puhas kuld ja epoksüvormitud komposiit.
Thibault lisab: "Mustri suurused võivad olla nii väikesed kui 100 μm, säilitades samal ajal täiesti selge loetavuse, isegi kui märgite sirgjooneliselt, kuna kõik punktid märgitakse samaaegselt." Veelgi enam, kuna see ei pea tuginema kõrgetele kordussagedustele, saab see tehnoloogia luua süsteeme, kasutades valmis infrapuna- ja rohelisi Nd: YAG-lasereid kordussagedusega umbes 20-30Hz, tagades selle süsteemide toimimise. jääma võimalikult kuluefektiivseks.
Üliire laser muudab klaasi andmesalvestuseks
Teine põnev uus lasermärgistamise valdkond on andmete salvestamine. Teadlased väidavad, et nad suudavad toota tõhusaid andmesalvestussüsteeme, kasutades ülikiireid lasereid andmete kodeerimiseks klaas-/kristallkandjale. Andmed salvestatakse klaasi/kristalli mikroablatsiooni kujul ja kui need on toodetud, saab neid säilitada hämmastavalt kaua.
2013. aastalHitachiteatas oma esimesest kvartskristallide andmesalvestussüsteemist ja 2014. aastal teatasid Southamptoni ülikooli optoelektroonika uurimiskeskuse (ORC) teadlased femtosekundilise laseriga söövitatud klaasisüsteemi väljatöötamisest. ORC on alustanud koostööd Microsoft Researchiga "Project Silica" alal. ORC on alustanud koostööd Microsoft Researchiga "Project Silica" osas, mis lubab arendada zb-skaala salvestussüsteeme ja "põhimõtteliselt ümber mõelda, kuidas massmälusüsteeme ehitada.
Klaasile kirjutamine pole aga lihtne ülesanne ja standardsed impulss-UV- või CO2-lasersüsteemid võivad tekitada mikropragusid – materjali pinna liigne kuumenemine võib termilistes kuumades kohtades kahjustada. Kuigi sellest saab impulsienergia vähendamisega mööda hiilida, pole see ideaalne, kui on vaja suurt täpsust. See on põhjus, miks teadlased pöörduvad ülikiirete (femtosekundiliste) lasersüsteemide poole, et minimeerida termiliste kahjustuste ohtu. Kõrge energiaga impulsi ülilühike kestus tagab materjalile piisava energia tarnimise, et see ülitäpselt märgistada, luues vaid minimaalsed kuumusest mõjutatud tsoonid ja vältides mikropragusid.
Selle tehnoloogia praegune piirang on andmete kirjutamise ülimadal kiirus ja Tb-skaala andmete kirjutamine võib võtta aastaid. Õnneks pakuvad käimasolevad läbimurded võimalusi andmete kirjutamise kiiruse suurendamiseks. Eelmisel aastal avaldasid ORC teadlased ajakirjas Optica energiasäästliku laserkirjutusmeetodi: see meetod pole mitte ainult kiire, vaid suudab salvestada umbes 500 Tb andmeid CD-suurustele ränidioksiidi plaatidele – neid on 10,000 korda tihedam kui Blu-ray Disc salvestustehnoloogia.
Teadlaste uus meetod kasutab 515 nm kiudlaserit, mille kordussagedus on 10 MHz ja impulsi kestus 250 fs, et tekitada silikaatklaasi tillukesi süvendeid, mis sisaldavad üksikuid nanolaminaarseid struktuure mõõtmetega vaid 500 × 50 nm. Neid suure tihedusega nanostruktuure saab kasutada pikaajaliseks optiliste andmete salvestamiseks. Teadlased saavutasid kirjutamiskiiruseks 1,000,000 vokslit sekundis, mis võrdub umbes 225 KB andmete salvestamisega (rohkem kui 100 lehekülge teksti) sekundis.
Uut meetodit kasutati 5 GB tekstiandmete kirjutamiseks tavalise CD-ROMi suurusele silikoonklaasist kettale peaaegu 100% lugemise täpsusega. Iga voksel sisaldab nelja bitti teavet, kusjuures iga kaks vokslit vastavad ühele tekstimärgile. Kasutades meetodi pakutavat kirjutustihedust, mahutab ketas 500 Tb andmeid. Teadlaste sõnul peaks paralleelkirjutamise süsteemi uuendamisel olema võimalik kirjutada nii palju andmeid umbes 60 päevaga.
