Znakowanie, etykietowanie i RFID w przemyśle

Napisy wprost na obiekt znakowania nanosi się różnymi metodami. Są one przykładowo wybijane w całości od razu albo wytłaczane znak po znaku. Pierwsza technika jest szybsza, jednak wymaga użycia większej siły. Z tego powodu nie można w ten sposób znakować powierzchni podatnych na uszkodzenie.

Ograniczeniem obu metod jest czas wymagany do wymiany stempli. Oprócz tego nie powinno się tak znakować oddzielnych elementów, przed ich złożeniem. Gotowe wyroby pod wpływem nacisku mogą się bowiem rozpaść. Wybite i wytłoczone symbole są trwałe, a w razie starcia łatwo można je odtworzyć.

ZNAKOWANIE IGŁĄ, ŻŁOBIENIE, TRAWIENIE I DRUKOWANIE

Rys. 1. Znakowarka laserowe typu mask marking

W metodzie mikropunktowej (mikroudarowej) napis powstaje przez połączenie mikrootworków, które są wybijane przez igłę z diamentową końcówką. Jej zaletą jest łatwość modyfikacji wzoru i możliwość zmiany głębokości znaków. Ponadto nacisk wywierany przez igłę przy wykonywaniu pojedynczego otworka jest słabszy niż w czasie wybijania całego napisu od razu. Dzięki temu mikropunktowo można znakować detale o delikatnej strukturze.

Wybijanie, wytłaczanie oraz metodę mikroudarową łączy to, że na trwale zmieniają strukturę znaczonej powierzchni. Inaczej jest podczas żłobienia. Napisy nanosi się w tym wypadku za pomocą rylca, którym usuwa się wierzchnią warstwę materiału. Podobnie jak uderzenia igłą, żłobienie jest mniej inwazyjne niż wybijanie oraz wytłaczanie. Niestety, napisy wykonane tą techniką łatwo ulegają zatarciu i trudno je odtworzyć.

Symbole można również wytrawić. W ten sposób wykonuje się napisy trwałe i dobrej jakości, szybko i tanio, bez deformacji i osłabienia struktury elementu. Ograniczeniem jest możliwość znakowania wyłącznie materiałów przewodzących prąd elektryczny. Te, które pokrywane są powłokami nieprzewodzącymi, trzeba wytrawiać, odpowiednio głęboko, przed nałożeniem tej warstwy.

Najmniej inwazyjną metodą jest druk CIJ (Continous Ink-Jet). Zasada pracy znakowarek tego rodzaju jest prosta. Część kropli ze strumienia wyrzucanego z dużą prędkością z dyszy zostaje naładowana elektrostatycznie. Pozwala to, odchylając je w polu elektrycznym, nakierować na produkt tak, aby uformowały zadany wzór. Niewykorzystany tusz jest zasysany do zasobnika. Zaletą tej techniki jest szybkość, natomiast głównym ograniczeniem rozmiar wzorów. Większe drukuje się wolniej.

ZNAKOWANIE LASEREM

Rys. 2. Znakowarka wektorowa

W znakowaniu zastosowanie znalazły też lasery. Przy użyciu znakowarek tego typu wykonuje się napisy trwałe i dobrej jakości. Do zalet tych urządzeń zalicza się także wysoką wydajność, łatwość znakowania powierzchni o nieregularnych kształtach oraz elementów złożonych w gotowy produkt (metoda bezkontaktowa), czystość obróbki, powtarzalność, szybkość i łatwość automatyzacji. Dalej przedstawiamy mechanizmy nanoszenia symboli przy użyciu tych urządzeń i popularne konstrukcje znakowarek laserowych.

Pod wpływem promieniowania laserowego w znakowanym materiale zachodzą różne zjawiska. Jednym z nich jest odparowanie. Jego stopień zależy od tego, jak silnie dany materiał absorbuje promieniowanie o danej długości fali. Na przykład niektóre rodzaje szkła i materiały organiczne całkowicie pochłaniają promieniowanie o długości fali 10,6 µm.

Metale cechuje natomiast dość silna absorpcja promieniowania o długości fali 1,06 µm. Niektóre metale oraz szkła z kolei pod wpływem promieniowania podczerwonego ulegają stopieniu. Materiał może także zmienić kolor. Jest to zazwyczaj wynikiem reakcji fotochemicznej albo reakcji zachodzącej w wyniku działania wysokiej temperatury. Przykładem tego drugiego jest zmiana koloru PVC z szarego na czerwonobrązowy w miejscu naświetlenia go laserem gazowym CO₂.

Wyróżnia się dwa rodzaje znakowarek laserowych. W pierwszych (mask marking) na obiekt pada wiązka lasera, która przeszła przez szablon ze wzorem do utrwalenia (rys. 1). W drugich (vector marking) wiązka jest nakierowywana przez lustra (rys. 2). Ich nachylenie jest zmieniane przez oprogramowanie przetwarzające napis. W znakowarkach pierwszego typu zwykle używane są lasery impulsowe, natomiast w drugich - te o działaniu ciągłym.

Technika mask marking jest szybsza. Najlepiej metoda ta sprawdza się w produkcji wielkoseryjnej, kiedy nanoszony napis jest rzadko zmieniany. Dzięki temu, że w znakowarkach wektorowych wzór można modyfikować w oprogramowaniu, zmiana symbolu do utrwalenia jest prostsza i szybsza niż w przypadku metody mask marking, która wymaga wykonania szablonu. Znakowarki wektorowe są jednak z reguły droższe.

JAK BEZPIECZNIE UŻYWAĆ ZNAKOWAREK LASEROWYCH?

Znakowarki laserowe z wielu powodów mogą być niebezpieczne dla obsługi. Stopień ryzyka jest zależny od typu lasera. Na przykład lasery gazowe CO₂ wytwarzają napięcia rzędu kilkudziesięciu kV, a ich częścią są kondensatory gromadzące energię rzędu setek dżuli. Z tego powodu nie należy pochopnie otwierać ich obudowy. Lasery pulsacyjne wymagają natomiast podłączenia zbiorników ze sprężonym gazem. Pamiętać też trzeba, że wypalaniu może towarzyszyć emisja szkodliwych, a nawet trujących, gazów i par.

Chociaż promieniowanie laserowe wykorzystywane do znakowania powierzchni może powodować uszkodzenia naskórka, to w największym stopniu zagraża oczom. Na przykład lasery gazowe CO₂, ze względu na długość fali promieniowania przez nie emitowanego, mogą powodować poparzenia rogówki. Lasery typu Nd:YAG są z kolei w stanie uszkodzić siatkówkę. Ten uraz jest dotkliwszy, ponieważ ze względu na budowę oka operator może poczuć ból spowodowany oddziaływaniem tego promieniowania dopiero, gdy narząd ten zostanie już poważnie uszkodzony.

Znakowarki laserowe są projektowane w taki sposób, aby uniemożliwić bezpośrednie narażenie operatorów na oddziaływanie wiązki. Głównym zagrożeniem jest zatem promieniowanie odbite. Chociaż zabezpieczenia przed nim również są uwzględniane w konstrukcji znakowarek, okulary ochronne, które należy wybrać, uwzględniając długość fali wiązki laserowej, są obowiązkowe.

OD CZEGO ZALEŻY JAKOŚĆ ZNAKÓW WYPALANYCH LASEREM?

Trwałość i czytelność napisu to jego dwie najważniejsze cechy użytkowe. Na tę drugą ma wpływ jakość wykonania jego znaków. Charakteryzuje ją m.in.: kontrast, szerokość, głębokość, gładkość krawędzi oraz obecność mikropęknięć. Te ostatnie są skutkiem naprężeń termicznych i dodatkowo pogarszają właściwości mechaniczne detalu. Sprzyjają również rozwojowi korozji.

Szerokość znaków wykonanych metodą mask marking zależy od wymiarów szablonu oraz jakości układu ogniskującego. Może ona wynosić nawet kilka mikrometrów. W znakowaniu wektorowym ma na nią wpływ przede wszystkim średnica plamki wiązki lasera, która zwykle wynosi do kilkuset mikrometrów. Szerokość linii zależy też od: szybkości znakowania, gęstości mocy promieniowania oraz właściwości znakowanej powierzchni.

Na głębokość znaku wpływa z kolei głównie gęstość mocy wiązki, rodzaj powierzchni oraz czas wypalania. Zwykle w metodzie mask marking wynosi ona kilka-, kilkadziesiąt mikrometrów, a w wektorowej - nawet do kilkudziesięciu milimetrów. Kontrast można z kolei poprawić, zwiększając gęstość mocy wiązki. Ważna jest również ciągłość linii. Gdy używany jest laser impulsowy, zależy ona od częstości impulsów. Na ciągłość znaków ma ponadto wpływ szybkość znakowania.