Sejak pertengahan-1960, laser telah digunakan untuk membuat tanda, mengetsa dan memotong. Mesin penanda laser pertama di dunia telah dibangunkan pada tahun 1965 untuk penggerudian lubang pada acuan pembuatan berlian pada masa hadapan, dan teknologi itu kemudiannya mendapat momentum yang pantas.
Pengenalan awalLaser CO2 untuk menandakanberlaku pada tahun 1967, dan teknologi mencapai kematangan pada pertengahan-1970 melalui pengkomersilan sistem laser CO2 moden. Sejak itu, sistem penandaan laser telah menjadi tunjang utama dalam pelbagai industri daripada aeroangkasa kepada pembuatan peranti perubatan, farmaseutikal dan runcit.
Walaupun bersaing dengan teknologi lain seperti pencetakan inkjet, laser telah dicap sebagai teknologi pembuatan tanda yang berkuasa, kos rendah dan boleh berulang. Yang penting, proses ini mesra alam dan tidak memerlukan bahan habis pakai (seperti dakwat, kartrij dan kertas). Kini, sistem penandaan laser tidak lagi bergantung semata-mata pada laser CO2; yang lain, seperti laser gentian dan sumber cahaya keadaan pepejal Nd: YAG, menawarkan tapak kaki yang lebih kecil, kos penyelenggaraan yang lebih rendah dan alternatif yang cekap; dan kemajuan dalam keupayaan teknologi terbukti. Mesin penanda laser komersial terpantas kini boleh memproses puluhan ribu bahagian sejam.
Walaupun evolusi teknologi penandaan laser telah berkembang pesat, pengeluar dan pengguna sistem penandaan laser kini sedang mencari laluan baharu untuk menolak sempadan teknologi penandaan bagi menghadapi cabaran baharu dan meningkatkan hasil pemprosesan.
Penandaan Laser Litar Seramik
Cabaran ini datang daripada bahan baharu yang akan diproses, dan aplikasi baharu yang akan disampaikan - setiap satu memacu keperluan untuk pertumbuhan dan inovasi sambil membentuk pasaran untuk pembangunan sistem laser.
Sebagai contoh,seramikadalah salah satu bahan yang paling pesat berkembang dalam pemprosesan laser, dan bahan ini amat penting dalam pembuatan bahagian semikonduktor dan papan litar. Selalunya dirujuk sebagai "ibu kepada semua produk sistem elektronik," papan litar bercetak (PCB) ialah komponen yang digunakan dalam hampir semua produk elektronik, dan perubahan kecil dalam pembangunan PCB mempunyai kesan yang ketara ke atas trend pasaran.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, tumpuan telah beralih kepada penggunaan seramik dalam papan litar bercetak konvensional (PCB), yang diperbuat daripada resin epoksi plastik seperti FP4. Papan litar seramik menawarkan kebolehrawatan haba yang sangat baik, mudah dilaksanakan, dan memberikan prestasi unggul berbanding PCB bukan seramik. Walau bagaimanapun, banyak teknik penandaan-seperti pemprosesan skrin tidak sesuai untuk seramik. Penandaan dakwat seramik adalah rumit, memerlukan beberapa bahan habis pakai, dan tidak tahan lelasan. Kerapuhan dan kekerasan seramik juga menjadikannya salah satu bahan yang lebih sukar untuk ditanda.
Akibatnya, laser telah menjadi terkenal dalam beberapa tahun kebelakangan ini sebagai alternatif kepada teknologi pencetakan dakwat, dan banyak syarikat laser telah membangunkan sistem yang sangat sesuai untuk tanda seramik, seperti laser keadaan pepejal UV yang dipam diod, serta CO2 konvensional. laser.
"Ini termasuk trend ke arah pengecilan, " kata Andrew May, pengarah syarikat penanda laser. Walau bagaimanapun, beliau menekankan bahawa memperkenalkan arah aliran pasaran baharu juga mengambil masa, "Adakah terdapat aplikasi baharu setiap minggu? Tidak. Tetapi 15 tahun yang lalu, kami tidak pernah menanda pada seramik kecil, dan kini kami melakukannya."
Bahan, bentuk dan saiz yang lebih fleksibel
Walau bagaimanapun, walaupun pertumbuhan pesatnya, penandaan seramik dalam elektronik pada masa ini bukanlah pasaran terbesar syarikat penanda laser. "Industri terbesar bagi kami ialah peranti perubatan," kata Andrew May, "kemudian komponen automotif, elektronik dan kejuruteraan am. Rangkaian produk yang diperlukan sangat berbeza-beza bergantung pada industri dan industri berkenaan."
Syarikat itu mempunyai lapan sistem laser (lima daripadanya dipacu Galv) yang menyediakan perkhidmatan penandaan untuk pelbagai jenis aplikasi. Disebabkan ini, dan kerana syarikat sentiasa memperoleh pelanggan baharu dengan keperluan yang dipesan lebih dahulu - May menekankan bahawa keupayaan untuk menjadi fleksibel adalah penting. Akibatnya, ia menggunakan laser yang sesuai untuk menandakan bahan, bentuk dan saiz yang berbeza, serta saiz kelompok yang berbeza. Julat penanda yang boleh ditawarkannya juga pelbagai seperti pangkalan pelanggannya, dengan lasernya mampu menghasilkan segala-galanya daripada kod kepada grafik dan matriks data - semuanya pada kelajuan tinggi dan dengan kebolehulangan yang tinggi.
Oleh itu, memenuhi fleksibiliti ini adalah satu keperluan bagi pengeluar mesin penanda laser sepertiBluhm Systeme.
Permintaan untuk kebolehkesanan komponen semakin meningkat
Satu lagi trend penting dalam bidang penandaan laser ialah jaminan dan penghalusan kebolehkesanan - pengenalan individu produk melalui tanda pengenalan unik pada permukaannya. Penandaan ini boleh mengambil pelbagai bentuk, tetapi semakin popular dan penting ialah penggunaan matriks data seperti kod dua dimensi (kod QR).
Dengan menandakan produk individu dengan kod matriks data uniknya sendiri, ia boleh dikenal pasti dengan mudah dengan cara yang tidak mengganggu dengan butiran penting seperti pengilang, nombor kelompok dan seumur hidup. Ini memberikan jaminan kualiti: pengguna dan pengguna boleh menentukan asal tepat sesuatu produk. Jaminan kualiti ini mewujudkan hubungan langsung antara pengguna dan pengilang dan memberikan nilai tambah kepada produk, membolehkan mereka bersaing dengan pembuatan kos yang lebih rendah. Disebabkan ketepatannya yang luar biasa, laser sangat sesuai untuk menulis kod terperinci sekecil 200 μm - terlalu kecil untuk dilihat oleh seseorang yang lalu lalang, tetapi diperiksa dengan mudah menggunakan telefon pintar jika seseorang mengetahui lokasi mereka. Pada saiz sedemikian, matriks data boleh digunakan untuk tujuan anti-pemalsuan, menjadikannya mudah untuk menyemak ketulenan barangan berkualiti tinggi dengan cara yang tidak mengganggu. Ini memberi impak yang besar kepada industri farmaseutikal kerana ia adalah satu cara untuk memastikan ubat-ubatan seperti pil tidak dihasilkan dan diedarkan secara penipuan.
Kebolehkesanan komponen juga memainkan peranan penting apabila digunakan sebagai bukti dalam litigasi. Sebagai contoh, jika seseorang menjalani pemindahan perubatan dan pemindahan itu gagal, kebolehkesanan membolehkan mereka mengetahui dengan tepat apa yang salah, di mana ia salah, dan dalam kelompok mana ia berlaku. Ini sudah tentu meningkatkan kecekapan dalam perkara seperti penarikan semula produk, tetapi ia juga memberikan pelanggan lebih autonomi. Ia mungkin tidak jelas, tetapi apabila masyarakat semakin berminat dengan litigasi, teknologi yang boleh meningkatkan keputusan litigasi perlu mengikutinya.
Kebolehkesanan juga menyumbang kepada trend lain di seluruh pembuatan: meningkatkan kemampanan alam sekitar dan mengurangkan kesan ekologi. Dengan menjejak produk untuk mengetahui apabila ia gagal, atau mengetahui apabila ia mencapai penghujung kitaran hayatnya, pengeluar lebih berupaya untuk menggantikan dan mengitar semula secara proaktif. Ini juga bermakna bahawa produk boleh dipulangkan untuk pengubahsuaian seperti yang dimaksudkan, jadi kurang peralatan mungkin berakhir di tapak pelupusan sampah.
Walau bagaimanapun, sistem pelabelan matriks data semasa menghadapi banyak cabaran. Bahan tertentu membuat pengendalian lebih sukar - terutamanya kaca dan polimer, serta logam nipis dan kerajang. Penandaan juga mestilah kekal dan stabil, dan sistem mesti dapat menampung pelbagai saiz produk.
Cabaran khusus untuk beberapa mesin penanda laser ialah menanda pada permukaan bukan satah. Pencetak inkjet masih melebihi bilangan sistem berasaskan laser di kawasan ini. Akibatnya, jurutera sistem sedang berusaha untuk mengatasi cabaran ini. Contohnya, sesetengah pengeluar sistem penandaan laser menawarkan laser CO2 dan gentian dengan purata kuasa 20-500 W dan masa kitaran yang berbeza-beza, dilengkapi dengan optik memfokus pelarasan automatik untuk digunakan pada permukaan 3D yang boleh dilaraskan kepada kelengkungan objek itu. Untuk mengambil kira permukaan dengan geometri yang tidak diketahui, sistem menggunakan sistem penglihatan autofokus yang mula-mula mengimbas permukaan 3D dan kemudian melaraskan fokus laser semasa proses penandaan.
Walau bagaimanapun, permukaan tidak rata bukanlah satu-satunya cabaran yang dihadapi oleh pengeluar sistem penandaan laser. Dr. Florent Thibaut, Ketua Pegawai Eksekutif pengeluar penyelesaian penandaan laser, menjelaskan, "Dalam banyak kes, penyelesaian penandaan yang diseragamkan secara global, seperti pancut dakwat, tidak dapat memenuhi keperluan yang diperlukan untuk memberikan tanda khusus untuk setiap produk. Pada masa ini , penggunaan laser biasa sudah tersedia sebagai kaedah berterusan, sama seperti menggunakan pen. Namun, ini tidak cukup pantas - kita perlu mencari penyelesaian yang mengimbangi volum dan ketepatan pengeluaran."
Penandaan berurutan terjejas kerana penandaan laser mesti berubah untuk setiap produk, jadi mempunyai teknologi penandaan yang boleh disesuaikan dengan setiap produk adalah penting. Pengilang memerlukan daya pemprosesan yang sangat tinggi - penandaan mesti disesuaikan dan kadar penandaan mestilah tinggi - dan ini tidak mengambil kira kesukaran memproses bahan tertentu seperti kaca atau polimer.
Untuk menyelesaikan masalah ini, pengeluar penyelesaian penandaan laser telah mempatenkan teknologi VULQ1nya, yang memenangi Anugerah Inovasi Sistem Laser pada Kejuruteraan Pengeluaran Perindustrian Laser World Photonics tahun ini, yang tidak memilih penggunaan satu pancaran cahaya berterusan (seperti kes dengan sistem penandaan konvensional). Sebaliknya, ia menggunakan ratusan pancaran cahaya untuk menghasilkan kesan seperti setem - menghasilkan keseluruhan kod matriks data dalam sekelip mata. Kaedah yang digunakan untuk menghasilkan setem unik ini ialah membentuk rasuk dinamik, yang dicapai menggunakan komponen seperti Modulator Cahaya Ruang (SLM), yang boleh melaraskan setiap tangkapan untuk mencipta rasuk dengan struktur unik.
Walaupun teknologi penandaan laser lain mungkin mengutamakan kadar pengulangan yang tinggi untuk pemprosesan yang tinggi, teknologi ini menggunakan tenaga nadi yang lebih tinggi dan pemprosesan selari untuk hasil yang lebih baik.
Thibaut berkata, "Skim penandaan seperti setem ini membuka potensi produktiviti yang luar biasa untuk penandaan kod bar 2D dan mudah untuk dilaksanakan."
Contohnya, teknologinya boleh digunakan untuk menandakan bahagian perubatan PVC dengan kod matriks data lebar 570-μm pada kadar 77,000 sejam. Bahan lain yang boleh ditanda sistem termasuk aluminium yang disalut dengan polimer HDPE; gelas soda-limau; kaca borosilikat, emas tulen, dan komposit acuan epoksi.
Thibault menambah, "Saiz corak boleh sekecil 100 μm sambil mengekalkan kebolehbacaan yang jelas dengan sempurna, walaupun apabila menandakan dalam garis lurus, kerana semua titik ditanda secara serentak." Apatah lagi, kerana ia tidak perlu bergantung pada frekuensi ulangan yang tinggi, teknologi ini boleh membina sistem menggunakan inframerah dan hijau Nd: YAG laser di luar rak dengan frekuensi pengulangan sekitar 20-30Hz, memastikan sistemnya kekal sebagai kos efektif yang mungkin.
Laser ultrafast menukar kaca menjadi storan data
Satu lagi bidang baru penandaan laser yang menarik ialah penyimpanan data. Penyelidik mendakwa mereka boleh menghasilkan sistem penyimpanan data yang cekap dengan menggunakan laser ultrafast untuk mengekod data ke dalam media kaca/kristal. Data disimpan dalam kaca/kristal dalam bentuk ablasi mikro, dan setelah dihasilkan, ia akan dapat dipelihara untuk jangka masa yang menakjubkan.
Pada tahun 2013,Hitachimengumumkan sistem penyimpanan data kristal kuarza pertamanya, dan pada tahun 2014, penyelidik di Pusat Penyelidikan Optoelektronik Universiti Southampton (ORC) mengumumkan pembangunan sistem kaca terukir laser femtosecond mereka. ORC telah mula bekerjasama dengan Microsoft Research mengenai "Project Silica" ORC telah mula bekerjasama dengan Microsoft Research pada "Project Silica," yang menjanjikan untuk membangunkan sistem storan berskala zb dan "memikirkan semula secara asasnya cara membina sistem storan massa.
Menulis pada kaca bukanlah tugas yang mudah, walau bagaimanapun, dan sistem laser UV atau CO2 berdenyut standard boleh mencipta retakan mikro - pemanasan berlebihan permukaan bahan boleh menyebabkan kerosakan pada titik panas terma. Walaupun ini boleh dielakkan dengan mengurangkan tenaga nadi, ia tidak sesuai apabila ketepatan tinggi diperlukan. Inilah sebabnya mengapa penyelidik beralih kepada sistem laser ultrafast (femtosaat) untuk meminimumkan risiko kerosakan haba. Tempoh ultra-pendek bagi nadi tenaga tinggi memastikan tenaga yang mencukupi dihantar ke bahan untuk menandakannya dengan ketepatan yang melampau, mewujudkan hanya zon terjejas haba yang minimum dan mengelakkan retakan mikro.
Had semasa teknologi ini ialah kelajuan penulisan data yang sangat rendah, dan menulis data berskala Tb boleh mengambil masa bertahun-tahun untuk diselesaikan. Syukurlah, penemuan berterusan mencadangkan cara untuk meningkatkan kelajuan menulis data. Tahun lepas, penyelidik ORC menerbitkan kaedah penulisan laser yang cekap tenaga dalam jurnal Optica: bukan sahaja kaedah ini pantas, tetapi ia boleh menyimpan kira-kira 500 Tb data pada cakera silika bersaiz CD - ia adalah 10,000 kali lebih padat daripada teknologi storan Cakera Blu-ray.
Kaedah baharu penyelidik menggunakan laser gentian 515 nm dengan kekerapan ulangan 10 MHz dan tempoh nadi 250 fs untuk mencipta lubang kecil dalam kaca silika, yang mengandungi struktur nanolaminar individu berukuran hanya 500 × 50 nm. Struktur nano berketumpatan tinggi ini boleh digunakan untuk penyimpanan data optik jangka panjang. Para penyelidik mencapai kelajuan tulis sebanyak 1,000,000 voxel sesaat, yang bersamaan dengan merekodkan kira-kira 225 KB data (lebih daripada 100 halaman teks) sesaat.
Kaedah baharu telah digunakan untuk menulis 5GB data teks pada cakera kaca silikon sebesar CD-ROM konvensional dengan ketepatan bacaan hampir 100%. Setiap voxel mengandungi empat bit maklumat, dengan setiap dua voxel sepadan dengan satu aksara teks. Menggunakan ketumpatan tulis yang disediakan oleh kaedah, cakera akan dapat menyimpan 500 Tb data. Dengan menaik taraf sistem untuk penulisan selari, ia sepatutnya boleh dilakukan untuk menulis data sebanyak itu dalam kira-kira 60 hari, kata para penyelidik.
