Kopš -1960s vidus lāzeri ir izmantoti marķēšanai, kodināšanai un griešanai. Pasaulē pirmā lāzera marķēšanas iekārta tika izstrādāta 1965. gadā nākotnes caurumu urbšanai dimanta ražošanas veidnēs, un tehnoloģija pēc tam strauji attīstījās.
Agrīna ieviešanaCO2 lāzeri marķēšanairadās 1967. gadā, un tehnoloģija sasniedza briedumu s vidū, izmantojot modernu CO2 lāzeru sistēmu komercializāciju. Kopš tā laika lāzera marķēšanas sistēmas ir kļuvušas par pamatu daudzās nozarēs, sākot no kosmosa līdz medicīnas ierīču ražošanai, farmācijai un mazumtirdzniecībai.
Lai gan lāzeri konkurē ar citām tehnoloģijām, piemēram, tintes drukāšanu, tie ir atzīti par jaudīgu, zemu izmaksu un atkārtojamu atzīmju veidošanas tehnoloģiju. Svarīgi, ka process ir videi draudzīgs un tam nav nepieciešami palīgmateriāli (piemēram, tinte, kasetnes un papīrs). Tagad lāzera marķēšanas sistēmas vairs nepaļaujas tikai uz CO2 lāzeriem; citi, piemēram, šķiedru lāzeri un Nd: YAG cietvielu gaismas avoti, piedāvā mazākus nospiedumus, zemākas uzturēšanas izmaksas un efektīvas alternatīvas; un tehnoloģisko iespēju attīstība ir acīmredzama. Ātrākās komerciālās lāzera marķēšanas iekārtas tagad var apstrādāt desmitiem tūkstošu detaļu stundā.
Lai gan lāzera marķēšanas tehnoloģijas attīstība ir bijusi strauja, lāzera marķēšanas sistēmu ražotāji un lietotāji tagad meklē jaunus ceļus, lai paplašinātu marķēšanas tehnoloģijas robežas, lai risinātu jaunas problēmas un uzlabotu apstrādes rezultātus.
Keramikas ķēdes lāzera marķēšana
Šīs problēmas rada jauni materiāli, kas jāapstrādā, un jaunas lietojumprogrammas, kas tiek apkalpotas. Katrs no tiem veicina izaugsmi un inovācijas, vienlaikus veidojot lāzersistēmu izstrādes tirgu.
Piemēram,keramikair viens no visstraujāk augošajiem materiāliem lāzerapstrādē, un šis materiāls ir īpaši nozīmīgs pusvadītāju detaļu un shēmu plates ražošanā. Iespiedshēmas plates (PCB), ko bieži dēvē par "visu elektronisko sistēmu produktu māti", ir sastāvdaļa, ko izmanto praktiski visos elektroniskajos produktos, un nelielas izmaiņas PCB attīstībā būtiski ietekmē tirgus tendences.
Pēdējos gados uzmanība ir pievērsta keramikas izmantošanai parastajās iespiedshēmu platēs (PCB), kas izgatavotas no plastmasas epoksīda sveķiem, piemēram, FP4. Keramikas shēmas plates nodrošina izcilu termisko apstrādi, tās ir viegli iestrādājamas un nodrošina izcilu veiktspēju salīdzinājumā ar nekeramikas PCB. Tomēr daudzas marķēšanas metodes, piemēram, ekrāna apstrāde, nav piemērotas keramikai. Keramikas tintes marķēšana ir apgrūtinoša, prasa vairākus palīgmateriālus un nav izturīgs pret nodilumu. Keramikas trauslums un cietība arī padara to par vienu no grūtāk iezīmējamiem materiāliem.
Rezultātā lāzeri pēdējos gados ir kļuvuši populāri kā alternatīva tintes drukas tehnoloģijai, un daudzi lāzeru uzņēmumi ir izstrādājuši sistēmas, kas īpaši piemērotas keramikas marķējumam, piemēram, ar diodes sūknējamiem cietvielu UV lāzeriem, kā arī parastajiem CO2. lāzeri.
"Tas ietver tendenci uz miniaturizāciju," saka Endrjū Mejs, lāzera marķēšanas uzņēmuma direktors. Tomēr viņš uzsver, ka arī jaunu tirgus tendenču ieviešana prasa laiku: "Vai katru nedēļu ir kāds jauns pielietojums? Nē. Bet pirms 15 gadiem mēs nekad nezīmējām miniatūru keramiku, un tagad mēs to darām."
Elastīgāki materiāli, formas un izmēri
Tomēr, neskatoties uz straujo izaugsmi, keramikas marķēšana elektronikā šobrīd nav lāzera marķēšanas uzņēmuma lielākais tirgus. "Lielākā nozare mums ir medicīnas ierīces," saka Endrjū Mejs, "pēc tam automobiļu rūpniecība, elektronika un vispārīgie inženiertehniskie komponenti. Nepieciešamo produktu klāsts ir ļoti atšķirīgs atkarībā no nozares un attiecīgās nozares."
Uzņēmumam ir astoņas lāzeru sistēmas (no kurām piecas ir ar Galvas piedziņas), kas nodrošina marķēšanas pakalpojumus visdažādākajiem lietojumiem. Šī iemesla dēļ un tāpēc, ka uzņēmums vienmēr iegūst jaunus klientus ar īpaši pielāgotām prasībām – Meja uzsver, ka spēja būt elastīgam ir ļoti svarīga. Rezultātā tiek izmantoti lāzeri, kas piemēroti dažādu materiālu, formu un izmēru, kā arī dažādu partiju izmēru marķēšanai. Marķieru klāsts, ko tas var piedāvāt, ir tikpat daudzveidīgs kā tā klientu bāze, jo lāzeri spēj radīt visu, sākot no kodiem līdz grafikai un datu matricām — tas viss notiek lielā ātrumā un ar augstu reproducējamību.
Tāpēc lāzera marķēšanas iekārtu ražotājiem, piemēram, ir nepieciešams nodrošināt šo elastībuBlūma sistēma.
Pieaug pieprasījums pēc komponentu izsekojamības
Vēl viena būtiska tendence lāzera marķēšanas jomā ir izsekojamības nodrošināšana un pilnveidošana – produkta individuāla identifikācija, izmantojot unikālu identifikācijas zīmi uz tā virsmas. Šim marķējumam var būt dažādi veidi, taču arvien populārāka un svarīgāka kļūst datu matricu, piemēram, divdimensiju kodu (QR kodu) izmantošana.
Atzīmējot atsevišķu produktu ar savu unikālo datu matricas kodu, to var viegli identificēt neuzbāzīgā veidā, izmantojot galveno informāciju, piemēram, ražotāju, partijas numuru un kalpošanas laiku. Tas nodrošina kvalitātes nodrošināšanu: patērētāji un lietotāji var noteikt precīzu produkta izcelsmi. Šī kvalitātes nodrošināšana rada tiešu saikni starp patērētāju un ražotāju un piešķir produktam pievienoto vērtību, ļaujot tiem konkurēt ar zemāku izmaksu ražošanu. Pateicoties neticamajai precizitātei, lāzers ir ideāli piemērots detalizētu, līdz 200 μm lielu kodu rakstīšanai – pārāk mazs, lai to redzētu kāds garāmbraucējs, taču to var viegli pārbaudīt ar viedtālruni, ja cilvēks zina savu atrašanās vietu. Šādos izmēros datu matricas var izmantot pretviltošanas nolūkos, ļaujot viegli un neuzbāzīgā veidā pārbaudīt augstas kvalitātes preču autentiskumu. Tam ir milzīga ietekme uz farmācijas nozari, jo tas ir veids, kā nodrošināt, ka zāles, piemēram, tabletes, netiek ražotas un izplatītas krāpnieciski.
Komponentu izsekojamībai ir arī svarīga loma, ja to izmanto kā pierādījumu tiesvedībā. Piemēram, ja kādam ir veikta medicīniska transplantācija un transplantācija neizdodas, izsekojamība ļauj precīzi zināt, kas nogāja greizi, kur nogāja greizi un kurā partijā nogāja greizi. Tas noteikti palielina efektivitāti tādās lietās kā produktu atsaukšana, taču tas arī sniedz klientam lielāku autonomiju. Tas var nebūt acīmredzams, taču, tā kā sabiedrība kļūst arvien vairāk ieinteresēta tiesvedībā, tehnoloģijai, kas var uzlabot tiesvedības spriedumus, būs jāseko līdzi.
Izsekojamība veicina arī citu ražošanas tendenci: vides ilgtspējības uzlabošanu un ekoloģiskās ietekmes samazināšanu. Izsekojot produktu, lai zinātu, kad tas sabojājas, vai zinot, kad tas sasniedz dzīves cikla beigas, ražotāji var labāk aktīvi nomainīt un pārstrādāt. Tas arī nozīmē, ka produktus var atgriezt atjaunošanai, kā paredzēts, līdz ar to poligonos var nonākt mazāk iekārtu.
Tomēr pašreizējās datu matricas marķēšanas sistēmas saskaras ar daudzām problēmām. Daži materiāli apgrūtina apstrādi — īpaši stikls un polimēri, kā arī plāni metāli un folijas. Marķējumam jābūt arī pastāvīgam un stabilam, un sistēmai ir jāspēj pielāgot dažādu izmēru izstrādājumiem.
Īpašs izaicinājums dažām lāzera marķēšanas iekārtām ir marķēšana uz neplakām virsmām. Tintes printeri šajā jomā joprojām ir vairāk nekā lāzeru sistēmu. Rezultātā sistēmu inženieri strādā, lai pārvarētu šīs problēmas. Piemēram, daži lāzera marķēšanas sistēmu ražotāji piedāvā CO2 un šķiedru lāzerus ar vidējo jaudu 20-500 W un mainīgu cikla laiku, kas aprīkoti ar automātiski regulējošu fokusēšanas optiku lietošanai uz 3D virsmām, kuras var pielāgot 3D izliekumam. objektu. Lai ņemtu vērā virsmas ar nezināmu ģeometriju, sistēmas izmanto autofokusa redzes sistēmu, kas vispirms skenē 3D virsmu un pēc tam pielāgo lāzera fokusu marķēšanas procesa laikā.
Tomēr nelīdzenas virsmas nav vienīgais izaicinājums, ar ko saskaras lāzera marķēšanas sistēmu ražotāji. Dr. Florents Tibo, lāzera marķēšanas risinājumu ražotāja izpilddirektors, skaidro: "Daudzos gadījumos marķēšanas risinājumi, kas ir standartizēti globāli, piemēram, tintes printeri, nespēj izpildīt prasības, kas nepieciešamas, lai katram produktam nodrošinātu īpašu atzīmi. Pašlaik , parastā lāzeru izmantošana jau ir pieejama kā nepārtraukta metode, tāpat kā ar pildspalvu. Tomēr tas nav pietiekami ātri – jāatrod risinājums, kas sabalansē ražošanas apjomu un precizitāti."
Secīgā marķēšana tiek ietekmēta, jo lāzera marķēšanai ir jāmainās katram produktam, tāpēc ir ļoti svarīgi, lai marķēšanas tehnoloģija būtu pielāgojama katram produktam. Ražotājiem ir nepieciešama ārkārtīgi liela caurlaidspēja — marķējumam ir jāpielāgojas un marķēšanas ātrumam jābūt augstam —, un tas pat neņem vērā grūtības, kas saistītas ar noteiktu materiālu, piemēram, stikla vai polimēru, apstrādi.
Lai atrisinātu šo problēmu, lāzera marķēšanas risinājumu ražotājs ir patentējis savu tehnoloģiju VULQ1, kas ieguva Laser Systems Innovation Award balvu šī gada Laser World Photonics Industrial Production Engineering, kas neizvēlas izmantot vienu nepārtrauktu gaismas staru (kā tas ir gadījumā ar parastajām marķēšanas sistēmām). Tā vietā tas izmanto simtiem gaismas staru, lai radītu zīmogam līdzīgu efektu — vienā mirklī izveido visu datu matricas kodu. Šī unikālā zīmoga izgatavošanai izmantotā metode ir dinamiska staru kūļa veidošana, kas tiek veikta, izmantojot tādus komponentus kā telpiskais gaismas modulators (SLM), ko var pielāgot katram kadram, lai izveidotu starus ar unikālu struktūru.
Lai gan citas lāzera marķēšanas tehnoloģijas var dot priekšroku lielam atkārtošanās ātrumam, lai nodrošinātu augstu caurlaidspēju, šī tehnoloģija izmanto lielāku impulsa enerģiju un paralēlu apstrādi, lai iegūtu labākus rezultātus.
Tibo saka: "Šī zīmogiem līdzīgā marķēšanas shēma paver milzīgu produktivitātes potenciālu 2D svītrkoda marķēšanai, un to ir vienkārši ieviest."
Piemēram, tā tehnoloģiju var izmantot, lai apzīmētu PVC medicīniskās daļas ar 570-μm platu datu matricas kodu ar ātrumu 77,000 stundā. Citi materiāli, ko sistēma var atzīmēt, ietver alumīniju, kas pārklāts ar HDPE polimēru; nātrija-kaļķu stikls; borsilikāta stikls, tīrs zelts un veidots epoksīda kompozīts.
Thibault piebilst: "Rakstu izmēri var būt pat 100 μm, vienlaikus saglabājot pilnīgi skaidru lasāmību, pat atzīmējot taisnā līnijā, jo visi punkti tiek atzīmēti vienlaikus." Turklāt, tā kā tai nav jāpaļaujas uz augstām atkārtošanas frekvencēm, šī tehnoloģija var izveidot sistēmas, izmantojot gatavus infrasarkanos un zaļos Nd: YAG lāzerus ar atkārtošanās frekvenci aptuveni 20-30Hz, nodrošinot, ka tās sistēmas saglabājas pēc iespējas rentablāk.
Īpaši ātrs lāzers pārvērš stiklu datu krātuvē
Vēl viena aizraujoša jauna lāzera marķēšanas joma ir datu glabāšana. Pētnieki apgalvo, ka viņi var radīt efektīvas datu uzglabāšanas sistēmas, izmantojot īpaši ātrus lāzerus, lai kodētu datus stikla/kristāla datu nesējos. Dati tiek glabāti stiklā/kristālā mikroablācijas veidā, un pēc tam, kad tie būs iegūti, tos varēs saglabāt pārsteidzoši ilgu laiku.
2013. gadāHitachipaziņoja par savu pirmo kvarca kristāla datu glabāšanas sistēmu, un 2014. gadā Sauthemptonas Universitātes Optoelektronikas pētniecības centra (ORC) pētnieki paziņoja par femtosekundes lāzera iegravētas stikla sistēmas izstrādi. ORC ir sācis sadarbību ar Microsoft Research par "Project Silica" ORC ir sācis strādāt ar Microsoft Research par "Project Silica", kas sola izstrādāt zb mēroga uzglabāšanas sistēmas un "fundamentāli pārdomāt, kā izveidot lielapjoma atmiņas sistēmas.
Tomēr rakstīšana uz stikla nav viegls uzdevums, un standarta impulsu UV vai CO2 lāzeru sistēmas var radīt mikroplaisas - materiāla virsmas pārmērīga uzkaršana var izraisīt bojājumus termiskajos karstajos punktos. Lai gan to var apiet, samazinot impulsa enerģiju, tas nav ideāli, ja nepieciešama augsta precizitāte. Tāpēc pētnieki pievēršas īpaši ātrām (femtosekundes) lāzeru sistēmām, lai samazinātu termisko bojājumu risku. Īpaši īsais augstas enerģijas impulsa ilgums nodrošina, ka materiālam tiek piegādāts pietiekami daudz enerģijas, lai to iezīmētu ārkārtīgi precīzi, radot tikai minimālas siltuma ietekmētās zonas un izvairoties no mikroplaisām.
Pašreizējais šīs tehnoloģijas ierobežojums ir ārkārtīgi zemais datu rakstīšanas ātrums, un Tb mēroga datu rakstīšana var aizņemt vairākus gadus. Par laimi, notiekošie sasniegumi piedāvā veidus, kā palielināt datu rakstīšanas ātrumu. Pagājušajā gadā ORC pētnieki žurnālā Optica publicēja energoefektīvu lāzerrakstīšanas metodi: šī metode ir ne tikai ātra, bet tā var saglabāt aptuveni 500 Tb datu uz CD izmēra silīcija dioksīda diskiem — tie ir 10,000 reizes blīvāks nekā Blu-ray disku uzglabāšanas tehnoloģija.
Pētnieku jaunajā metodē tiek izmantots 515 nm šķiedru lāzers ar atkārtošanās frekvenci 10 MHz un impulsa ilgumu 250 fs, lai izveidotu sīkas bedrītes silīcija dioksīda stiklā, kas satur atsevišķas nanolamināras struktūras, kuru izmērs ir tikai 500 × 50 nm. Šīs augsta blīvuma nanostruktūras var izmantot ilgstošai optisko datu glabāšanai. Pētnieki sasniedza rakstīšanas ātrumu 1,000,000 vokseļi sekundē, kas ir līdzvērtīgs aptuveni 225 KB datu (vairāk nekā 100 teksta lappušu) ierakstīšanai sekundē.
Jaunā metode tika izmantota, lai ar gandrīz 100% lasīšanas precizitāti ierakstītu 5 GB teksta datu uz silīcija stikla diska, kas ir parasta CD-ROM izmēra. Katrs vokselis satur četrus informācijas bitus, katri divi vokseļi atbilst vienai teksta rakstzīmei. Izmantojot metodes nodrošināto rakstīšanas blīvumu, disks varēs saturēt 500 Tb datu. Jauninot sistēmu paralēlai rakstīšanai, vajadzētu būt iespējai ierakstīt tik daudz datu aptuveni 60 dienās, sacīja pētnieki.
