Lazer markalama nasıl çalışır: fiber, CO2 ve UV farkı

Lazer markalama, odaklanmış bir ışın demetinin malzeme yüzeyine enerji aktararak orada kalıcı bir iz oluşturması yöntemidir. Etiket yapıştırmaktan veya mürekkeple baskıdan farklı olarak sarf malzemesi gerektirmez; iz malzemenin kendisinde meydana geldiği için silinmez, solmaz ve çoğu durumda yıkama ile temizlik işlemlerinden etkilenmez. Seri numarası, üretim tarihi, parti kodu, logo ve Data Matrix karekod endüstride en çok bu yöntemle işlenir. Bu yazı işin fiziğinden başlayıp kaynak tipi, güç, lens, hat entegrasyonu ve güvenlik başlıklarını sırayla ele alıyor.

Lazer yüzeyde neyi değiştirir

Bir lazer kaynağı tek dalga boyunda, aynı fazda ve çok dar bir demet halinde ilerleyen ışık üretir. Bu ışık tarayıcı kafa içindeki iki galvanometre aynasıyla yönlendirilir ve bir lensle malzeme yüzeyinde saç telinden ince bir noktaya odaklanır. Enerji bu kadar küçük bir alanda toplandığında yüzeyde ölçülebilir bir değişim başlar. Değişimin türü, malzemenin o dalga boyundaki soğurma davranışına ve verilen enerji yoğunluğuna bağlıdır. Pratikte dört temel etki görülür.

Tavlama. Metal yüzey eritilmeden ısıtılır, yüzeyin hemen altındaki tabakada oksitlenme oluşur ve koyu renkli bir iz meydana gelir. Malzeme kaldırılmadığı için yüzey pürüzsüz kalır. Paslanmaz çelikte korozyon direncini bozmadığından tıbbi cihaz, cerrahi alet ve gıda ekipmanında tercih edilir.

Kazıma. Enerji yoğunluğu arttığında malzeme yerel olarak buharlaşır ve yüzeyden uzaklaşır; geriye dokunulabilir bir çukur kalır. Aşınmaya, yıkamaya ve sonradan yapılan yüzey işlemlerine karşı en dayanıklı yöntemdir, buna karşılık daha uzun çevrim süresi ister.

Köpürtme. Plastikte malzeme yerel olarak eritilir ve içeride gaz kabarcıkları hapsolur. Sonuç, koyu zemin üzerinde açık renkli ve hafif kabarık bir izdir. Koyu renkli plastik parçalarda kontrast elde etmenin en pratik yoludur.

Renk değişimi ve karbonizasyon. Ahşap, kağıt ve deri gibi organik malzemelerde yüzeyde karbon açığa çıkar, koyu bir iz oluşur. Bazı katkılı plastiklerde kimyasal değişim renk kaymasına yol açar. Paslanmazda çok kısa darbelerle oksit tabakasının kalınlığı kontrol edilerek farklı renk tonları da üretilebilir.

Aynı makine, parametre değiştirilerek bu etkilerden birkaçını üretebilir. Bu yüzden “hangi lazer” sorusunun yanında “hangi etki” sorusunun cevabı da baştan netleşmelidir.

Dalga boyu hangi malzemenin işlenebileceğini belirler

Bir malzeme ancak soğurduğu dalga boyunda işlenebilir. Işın yüzeyden yansıyorsa veya malzemenin içinden geçip gidiyorsa enerji aktarımı olmaz, yüzeyde de bir şey değişmez. Üç kaynak tipini birbirinden ayıran temel nokta budur.

Kaynak	Yaklaşık dalga boyu	İyi çalıştığı malzemeler	Zayıf kaldığı yerler
Fiber	1064 nm, yakın kızılötesi	Çelik, paslanmaz, alüminyum, pirinç, titanyum, kaplamalı metal, katkılı mühendislik plastikleri	Cam ve şeffaf malzemeler, kağıt ve karton, katkısız birçok plastik
CO2	10.600 nm, uzak kızılötesi	Ahşap, kağıt, karton, deri, akrilik, cam, tekstil, birçok plastik film	Çıplak metal yüzeyler
UV	355 nm, mor ötesi	Isıya duyarlı plastikler, ince filmler, cam, seramik, tıbbi ambalaj, elektronik bileşenler	Kalın metalde derin gravür; maliyet ve hız açısından uygun değildir

Fiber lazer endüstriyel markalamada en yaygın kullanılan tiptir. Aktif ortamı, genellikle iterbiyum katkılı bir optik fiberdir; ürettiği dalga boyu metaller tarafından iyi soğurulur. Yüksek ışın kalitesi, uzun ömür ve düşük bakım ihtiyacı, metal parçalarda izlenebilirlik kurulumlarının varsayılan tercihi olmasını sağlar.

CO2 lazer karbondioksit içeren gaz karışımını uyararak çalışır. Ürettiği uzun dalga boyu organik malzemeler tarafından güçlü biçimde soğurulur. Ambalaj hatlarında karton kutu, kağıt etiket ve plastik film üzerine son kullanma tarihi ile lot kodu basmak için yaygın olarak kullanılır. Fiber lazere göre yatırım maliyeti daha düşüktür, buna karşılık gaz ve optik bakımı gerektirir.

UV lazer soğuk markalama olarak anılır. Foton enerjisi yüksek olduğu için malzemeyi eritmek yerine moleküler bağları doğrudan koparır; bu da işaretin çevresinde ısıdan etkilenen bölgeyi en aza indirir. Odak noktası küçük olduğundan çok küçük Data Matrix kodları işlenebilir. Isıya duyarlı plastikte, ince filmde ve hassas elektronik bileşende çapak ve renk bozulması olmadan yüksek kontrast verir. Yatırım maliyeti diğer iki tipten yüksektir.

Güç, derinlik ve çevrim süresiyle ilgilidir

Güç tek başına kalite göstergesi değildir. Yüzeyde kontrast oluşturan tavlama ve renk değiştirme işleri görece düşük güçle yapılabilir; malzeme kaldırarak derin kazıma yapmak veya aynı içeriği daha kısa sürede işlemek yüksek güç ister. Yani güç iki şeyi satın alır: derinlik ve hız.

Fazla güç her zaman daha iyi sonuç vermez. Isı girdisi arttıkça ince cidarlı parçalarda deformasyon, plastikte renk bozulması ve istenmeyen çapak riski büyür. Darbe frekansı, darbe süresi, tarama hızı ve geçiş sayısı güçle birlikte ayarlanır; aynı kaynak farklı parametrelerle hem tavlama hem kazıma yapabilir. Doğru yaklaşım katalog değerleriyle karar vermek değil, gerçek numune parça üzerinde markalama testi yapıp sonucu ölçmektir.

Markalama alanı ve F-Theta lens

Tarayıcı kafanın önündeki F-Theta lens, ışını markalama alanının her noktasında yüzeye dik ve odakta tutar. Lensin odak uzaklığı iki şeyi aynı anda belirler: markalama alanının boyutu ve odaklanmış ışın noktasının çapı.

• Geniş alan lensi büyük parçaları tek seferde kapsar, ancak ışın noktası büyür. Bu, ince çizgi detayında ve küçük karekodda çözünürlük kaybı anlamına gelir.
• Dar alan lensi daha keskin detay ve daha yüksek enerji yoğunluğu verir, buna karşılık büyük parçalarda parçayı ya da kafayı hareket ettirmeyi gerektirir.

Seçim en büyük parçaya göre değil, işlenecek en küçük detaya göre yapılır. Birkaç milimetre kenar uzunluğunda bir Data Matrix işlenecekse kodun modül boyutu, ışın noktasından belirgin şekilde büyük olmalıdır; aksi halde kod gözle görünür ama okuyucu tarafından çözülemez. Doğrudan yüzeye işlenmiş kodların kalitesi ISO/IEC 29158 ölçümüyle derecelendirilir ve markalama parametreleri bu ölçüme bakılarak ayarlanır.

Lensle birlikte çalışma mesafesi ve odak toleransı da gelir. Parça yüksekliği her seferinde aynı değilse odak kaybı yaşanır. Bu durumda Z ekseni ayarı, parça yükseklik sensörü veya odak toleransı daha geniş bir yapılandırma planlanır.

Hat üstü markalama nasıl kurulur

İki kurulum biçimi vardır. Bağımsız istasyonda parça bir tablaya konur, kapak kapanır, markalama yapılır ve parça alınır. Hat üstü kurulumda ise markalama üretim akışının içinde gerçekleşir.

Parçayı durdurmak çevrim süresini bozmuyorsa iş kolaydır: tetikleme sensörü parçayı görür, konveyör durur, markalama yapılır, hat devam eder. Durdurmak mümkün değilse uçarken markalama yöntemi kullanılır. Konveyör hızı bir enkoderden okunur; tarayıcı kafa ışını hareketle senkron biçimde kaydırarak izin bozulmadan yazılmasını sağlar.

Uçarken markalamada üç değişken birlikte hesaplanır: hat hızı, markalanacak içeriğin uzunluğu ve markalama penceresinin boyu. İçerik uzadıkça, örneğin sabit bir logo yerine her parçada değişen seri numarası ve karekod işlendiğinde, gereken süre artar. Hat hızı sabitse bu süre pencereye sığmayabilir. Hesap projenin başında yapılmazsa sistem sahada beklenen hızda çalışmaz.

İçerik tarafında lazer kontrolcüsü genellikle PLC, MES veya ERP ile konuşur; her parçaya tekil seri numarası verilecekse veri bu sistemlerden alınır. Markalamadan hemen sonra hatta bir sabit barkod okuyucu konularak kodun gerçekten okunabilir olduğu doğrulanır ve okunamayan parça hattan çıkarılır. İşaretleme ile doğrulamanın aynı hatta bulunması, izlenebilirlik kurulumlarının standart parçasıdır.

Duman emişi ve lazer güvenliği

Markalama sırasında yüzeyden malzeme buharlaşır. Plastik ve kaplamalı yüzeylerde açığa çıkan duman ile ince partikül hem operatör sağlığı hem de optik temizliği açısından sorun yaratır. Lens üzerinde biriken kirlilik markalama kalitesini düşürür, zamanla lense kalıcı hasar verir. Bu nedenle emiş ve filtre ünitesi bir opsiyon değil, sistemin parçasıdır.

Güvenlik tarafında markalama kaynakları açık ışın halinde Sınıf 4 kabul edilir; göz ve cilt için tehlikelidir, yansıyan ışın bile risk oluşturur. Sistem kilitli kapaklara ve dalga boyuna uygun filtreli gözetleme penceresine sahip bir kabin içine alındığında bütün olarak Sınıf 1 hale gelir ve operatör açısından güvenli çalışır. Hat üstü kurulumlarda parça giriş ve çıkış ağızları ışın sızdırmayacak biçimde tasarlanır. Kapak kilidi, acil durdurma, uyarı işaretleri ve personel eğitimi bu paketin ayrılmaz parçalarıdır.

Karar sırası

Doğru sistem şu sırayla belirlenir: önce malzeme ve istenen etki, sonra kaynak tipi, ardından en küçük detaya göre lens, sonra çevrim süresine göre güç, en sonda hat entegrasyonu ve kabin. Sıra tersine döndüğünde, yani önce güç konuşulduğunda, çoğu zaman ihtiyaçtan büyük veya yanlış dalga boyunda bir sistem alınır.

Melka Teknik, lazer markalama sistemlerini fiber, CO2 ve UV kaynak seçenekleriyle tedarik eder; numune parçanız üzerinde markalama testi yapar, kabin ve hat entegrasyonu dahil kurulumu tamamlar. Markalama sonrası doğrulamada kullanılan sabit barkod okuyucular da aynı proje kapsamında planlanabilir. Parçanızın malzemesini, işaretlenecek içeriği ve çevrim sürenizi iletirseniz uygun kaynak ve lens birleşimini birlikte belirleyebiliriz.