A marcação a laser é uma tecnologia revolucionária que atualmente é utilizada em uma ampla variedade de aplicações.
É aplicável de diversas formas, desde gravação, recozimento e formação de espuma até técnicas de coloração e remoção.
A escolha da técnica e da máquina adequadas para cada aplicação desejada é o que mais preocupa as pessoas.
Isso ocorre porque diferentes superfícies têm requisitos diferentes e diferentes máquinas foram projetadas para serem usadas de maneiras diferentes.
Então, reserve 10 minutos do seu tempo e deixe a Heatsign Marking mostrar como identificar o tipo de máquina que você precisa para suas aplicações.
O que é marcação a laser?
A marcação a laser é o processo de etiquetar um material usando um feixe de laser focalizado. Quando o feixe de laser interage com a superfície do material, ele altera a aparência da área marcada para exibir o desenho desejado.
Isso é conseguido por meio da descoloração, que ocorre quando o feixe de laser de baixa potência atinge a área marcada. A marcação a laser possibilita a criação de marcas de alto contraste e alta precisão sem danificar a superfície do material.
Essa é a principal diferença entre a marcação a laser e a gravação a laser, que é um processo subtrativo que deixa marcas na superfície.
Sobre o que trata este artigo
A compra de uma máquina de marcação a laser não precisa ser nem parecer algo técnico.
Na verdade, a maioria das apresentações de marketing simplesmente sobrecarrega os potenciais compradores com detalhes desnecessários na hora de escolher uma máquina de marcação a laser.
No entanto, é quase sempre necessário pesquisar para determinar a máquina que melhor se adapta às suas necessidades.
Existem cinco tipos principais de marcadores a laser;
- Máquinas de laser de fibra,
- Máquinas a laser verde,
- máquinas de laser UV,
- Máquinas de laser de CO2,
- Máquinas a laser Mopa.
O tipo de máquina necessário varia de acordo com o material. Isso porque a gravação a laser pode ser feita em diversos tipos de materiais, incluindo vários tipos de metal, plástico, vidro, madeira, papel, cerâmica e até pedra.
Escolher o equipamento errado para comprar pode, portanto, ser um processo doloroso e dispendioso.
Isso é ainda mais relevante se você ainda não definiu com precisão o que precisa, devido a questões de tempo, transporte e garantia que podem surgir quando você deseja trocar para a máquina adequada às suas necessidades.
Uma breve análise da tecnologia
O termo laser é basicamente um acrônimo para 'Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation' (Amplificação da Luz por Emissão Estimulada de Radiação).
Os lasers possuem três propriedades distintas que são utilizadas em conjunto para possibilitar a marcação permanente em uma ampla variedade de materiais.
- Feixes altamente monocromáticos; isso significa que os feixes consistem em ondas de luz de um único comprimento de onda preciso.
- Diretividade excepcional; isso significa que os feixes possuem ondas de luz paralelas que não colidem nem se dispersam ao longo de uma distância.
- Alta coerência, o que significa que as ondas estão em fase umas com as outras.
Uma máquina de gravação a laser consiste em três partes principais: um laser, um controlador e uma superfície. O laser funciona como um lápis, emitindo um feixe monocromático de alta qualidade que permite ao controlador traçar padrões na superfície. O controlador gerencia a direção, a intensidade, a velocidade e a dispersão do feixe de laser enquanto este atua na superfície.
Existem três tipos principais de técnicas de gravação empregadas pelos diversos tipos de gravadoras a laser.
Técnicas de marcação
Elas incluem a mesa XY, a técnica cilíndrica e a técnica do espelho galvanométrico.
A tabela XY
A técnica mais comum é a mesa XY. Nessa técnica, na maioria dos modelos, a peça de trabalho (superfície) permanece estacionária e a óptica do laser se move ao redor dela nas direções X e Y, desenhando vetores na superfície. Outros modelos apresentam variações em que o laser permanece estacionário e a peça de trabalho se move, ou a peça de trabalho se move no eixo X e o laser no eixo Y, e vice-versa. Isso é conhecido como modo vetorial.
Marcação a laser cilíndrica
Essa técnica é indicada para peças cilíndricas, como tubos (ou peças planas montadas ao redor de um cilindro). Nela, o laser percorre uma hélice fina, geralmente em um cilindro giratório, com pulsos intermitentes que produzem a imagem desejada em um padrão raster.
Espelhos Galvo
No terceiro método, tanto o laser quanto a peça de trabalho permanecem estacionários. Espelhos galvanométricos utilizam um mecanismo de reflexão para mover o feixe de laser sobre a superfície da peça. Gravadoras a laser que utilizam essa tecnologia podem operar tanto no modo raster quanto no modo vetorial.
O Ponto de Marcação
Este é o ponto onde o feixe de laser atinge a superfície de trabalho. Ele deve estar sempre no plano focal do sistema óptico do laser, geralmente no mesmo plano focal do feixe . Esse ponto é tipicamente muito pequeno, talvez menor que uma fração de milímetro. Ele é tipicamente característico do comprimento de onda óptico do feixe, e apenas o material dentro dele é significativamente afetado quando o feixe de laser atinge a superfície.
A energia emitida pelo laser altera a estrutura química ou vaporiza o material no ponto focal, revelando assim a marcação desejada.
A principal diferença entre os tipos de máquinas a laser utilizadas em aplicações de marcação reside nos comprimentos de onda que cada uma suporta e na potência, que determina a velocidade de operação.
Comprimentos de onda diferentes significam que diferentes tipos de máquinas serão adequados para diferentes superfícies de marcação.
No entanto, em geral, os sistemas de marcação a laser apresentam vantagens distintas em relação a outros tipos de marcação.
Elas oferecem menor tempo de inatividade, eliminam ou reduzem drasticamente o uso de consumíveis, criam marcas permanentes e de alto contraste e, no final, resultam em menor manutenção preventiva e custos reduzidos.
Fatores a serem considerados na avaliação do sistema de marcação a laser correto
Ao escolher o modelo ideal para o uso pretendido, considere os seguintes pontos importantes:
Superfícies de marcação móveis ou estacionárias
Se você precisa de uma máquina para ser incluída em uma linha de processamento contínuo de peças, os modelos que permitem a marcação de peças móveis, a uma velocidade predeterminada, são uma ótima opção, pois proporcionam alta eficiência no processo.
Velocidade da linha
Devido às propriedades variáveis dos comprimentos de onda e da potência do laser, diferentes sistemas apresentarão resultados diferentes dependendo da velocidade de produção das peças. Linhas de produção de alta velocidade necessitam de marcadores de alta potência para marcar com eficácia todas as peças em processo.
Material a ser marcado
Como veremos adiante, os marcadores a laser funcionam em uma grande variedade de superfícies. O marcador que você usar dependerá muito dos materiais que deseja marcar. Por exemplo, os lasers de fibra são muito bons para metais, enquanto os lasers de CO2 são ótimos para materiais não metálicos.
Condições ambientais
Algumas máquinas são sensíveis a ambientes de trabalho com alta propensão a poeira, choques e vibrações, enquanto outras são robustas e podem suportar esses ambientes.
Carga de trabalho esperada
Algumas máquinas a laser têm baixa velocidade e podem não funcionar bem com cargas de trabalho elevadas. Por exemplo, na marcação de metais, pode ser mais rentável a longo prazo trabalhar com lasers de fibra do que com lasers de CO2.
Serviços pós-venda fornecidos
Às vezes, a configuração e a operação da máquina podem ser complicadas. Embora a maioria dos marcadores a laser exija pouca manutenção e tenha longa vida útil, trabalhar com um fornecedor que tenha conhecimento local ou que possa fornecer assistência imediata é uma boa opção na hora de escolher o equipamento.
Entendendo os cinco tipos de marcadores a laser
Laser de fibra
A tecnologia de marcação a laser de fibra tornou-se, nos últimos tempos, uma das tecnologias de marcação direta de peças mais procuradas em todo o mundo.
Com níveis de potência que variam de 20 a 50 watts, as máquinas de marcação a laser de fibra estão entre as mais potentes do mercado.
Essas máquinas são ideais para gravação em profundidade ou entalhe, com ótimos resultados em metais mais duros ou quando se necessita de sistemas de alta potência com um tamanho de ponto menor para obter alta resolução.
A alta qualidade do feixe e os pequenos tamanhos de ponto, aliados a lentes maiores, permitem que o laser de fibra seja usado para aplicações de marcação em lote de componentes pequenos ou para o corte de metais muito finos.
Aplicações
Existem diversas maneiras de utilizar lasers de fibra.
Marcação por cores:
Este tipo de marcação é realizado para criar diferentes tonalidades de cores em um material, variando a velocidade, a potência, a frequência e a largura do pulso. Os melhores resultados em marcação colorida são obtidos em aço inoxidável e alumínio, especialmente com uma máquina de marcação a laser de fibra MOPA.
Outra forma de marcação por cor é a remoção de cor, onde se marca removendo a cor de materiais revestidos para revelar um material subjacente de cor diferente. Essa tecnologia é usada principalmente em acessórios, etiquetas e materiais de embalagem.
Recozimento:
Este processo consiste no endurecimento de uma superfície metálica por meio de laser, permitindo também a produção de diversas cores, conhecido como marcação a laser colorida. Diversos tons de verde, vermelho e amarelo podem ser obtidos com diferentes materiais.
Espumante:
Consiste em um tipo de tratamento que deixa a área tratada mais clara do que o restante da parte que está sendo processada.
Carbonização:
A carbonização é a quebra das ligações de carbono para criar tonalidades mais escuras em áreas marcadas, sem afetar a superfície do material. É utilizada principalmente em plásticos leves e materiais orgânicos.
Marcação diurna e noturna:
A tecnologia de laser de fibra pode ser usada para criar marcas facilmente legíveis à luz do dia e iluminadas à noite. Isso pode ser útil em aplicações como painéis de instrumentos, refletores, placas de veículos, relógios, sinalização de saúde e segurança e placas de portas.
Vantagens
Os marcadores a laser de fibra produzem um feixe de excelente qualidade, utilizável em uma ampla variedade de superfícies. Devido ao alto nível de filtragem dos feixes de luz monocromáticos, a variação da potência de um único tipo de feixe permite trabalhar em diversos tipos de superfícies.
Os marcadores a laser de fibra são altamente duráveis.
Alguns modelos são construídos em designs modulares, proporcionando grande flexibilidade na área de marcação em que podem operar, além da capacidade de funcionar bem com superfícies de marcação complexas.
Geralmente apresentam baixo consumo de energia, com uma taxa de conversão fotoelétrica de cerca de 25%, que é uma das melhores do setor.
É possível obter diferentes profundidades de gravação a laser, dependendo da finalidade pretendida, variando a potência das máquinas selecionadas.
As máquinas de marcação a laser de fibra também estão entre as mais rápidas que você pode usar.
Desvantagens
Ao marcar materiais muito espessos ou com alta reflexão, a velocidade de gravação fica comprometida. Além disso, a gravação profunda na maioria dos metais não é possível.
Laser verde
As máquinas de marcação a laser verde são projetadas para marcar materiais altamente reflexivos. Elas também funcionam em substratos altamente sensíveis, como wafers de silício, apresentando excelente facilidade de uso e alta precisão. Operam no espectro de luz visível verde próximo ao infravermelho (a 532 nm) e com potência entre 5 e 10 watts.
São perfeitas para plásticos macios, placas de circuito impresso, chips de circuitos integrados e para riscar ou marcar células solares de diversas composições de materiais.
As vantagens inerentes do comprimento de onda de 532 nm incluem maior absorção em diversos tipos de materiais e energia térmica reduzida, permitindo marcar substratos que outros comprimentos de onda mais altos simplesmente não conseguem. Os marcadores a laser verde também proporcionam tamanhos de ponto muito precisos, de até 10 µm.
Vantagens
- Os marcadores a laser verdes atingem altíssimas precisões, permitindo a micromarcação de fontes com menos de 1 mm e larguras muito pequenas, de até 10 µm.
- Elas proporcionam uma transferência térmica muito baixa para as superfícies de trabalho, o que é ideal para materiais altamente sensíveis.
- Os marcadores a laser verdes são ideais para marcar semicondutores, placas de circuito impresso (PCBs), cerâmicas e resinas epóxi.
- Podem ser utilizadas na remoção de revestimentos, na marcação com revestimentos de camada fina e no trabalho com materiais que não reagem a outras formas de feixes infravermelhos.
- O design mecânico e ótico robusto permite que as máquinas funcionem em ambientes industriais de alta velocidade, onde poeira, choques e vibrações são comuns.
Desvantagens
- São caras e não são ideais para marcação de profundidade.
laser UV
A luz ultravioleta (UV) representa uma faixa do espectro eletromagnético com comprimentos de onda de 10 nm a 400 nm. Esses comprimentos de onda são menores que os da luz visível, mas maiores que os dos raios X.
A radiação ultravioleta de comprimento de onda longo não é considerada ionizante porque seus fótons não possuem energia suficiente para ionizar átomos. No entanto, ela pode causar reações químicas que fazem com que as substâncias brilhem ou fluoresçam.
Consequentemente, os efeitos químicos e biológicos da radiação UV são muito mais abrangentes do que o simples aquecimento, e muitas aplicações práticas da radiação UV são possíveis devido às suas interações com moléculas orgânicas.
Lasers a gás, lasers de estado sólido e diodos podem ser usados para fabricar máquinas que emitem raios ultravioleta, e existem lasers disponíveis que cobrem toda a faixa do ultravioleta.
Desde a descoberta do laser de excímero, tornou-se possível obter luz ultravioleta intensa. Pesquisadores exploraram e desvendaram as propriedades únicas dessa nova fonte de luz. À medida que diversos fenômenos envolvendo energia UV e interações entre materiais foram descobertos e otimizados, surgiram aplicações práticas.
As máquinas de marcação a laser UV são uma manifestação dessa tecnologia.
Geralmente projetados para o comprimento de onda de laser UV de 355 nm, esses lasers podem marcar uma ampla gama de materiais. São perfeitos para aplicações de "marcação a frio", onde lasers que produzem calor não são aplicáveis. Os lasers UVC podem marcar materiais como plásticos, cerâmicas e vidro sem a necessidade de aditivos. Devido à alta qualidade do feixe, os lasers UVC podem realizar micromarcações em eletrônicos, placas de circuito impresso e microchips. Também são excelentes para uso em painéis solares e para marcação precisa de equipamentos médicos (por exemplo, marcação de provetas e seringas).
Aplicações
Utilizado na indústria médica e farmacêutica para marcar equipamentos com baixa tolerância ao calor, como plásticos.
Utilizado na indústria eletrônica para marcar placas de circuito impresso e microchips com fontes de alta qualidade com menos de 1 mm de espessura.
Vantagens
Permite marcar vidro sem risco de microfraturas
As lâmpadas UVC são eficientes no consumo de energia
Desvantagens
- As máquinas de marcação a laser UV não são adequadas para gravação ou corrosão profunda em metal.
- As máquinas de laser UV são muito caras. Os modelos industriais chegam a custar US$ 20.000.
laser de CO2
As máquinas de marcação a laser de CO2 são geralmente sistemas de marcação a laser de tubo selado com feixes direcionados por galvanômetro, projetados para marcar superfícies não metálicas como madeira, vidro, quartzo e cerâmica. Elas também podem marcar tecidos e outros materiais orgânicos, operando em comprimentos de onda de 10.600 nm.
Essas máquinas são usadas para produzir códigos de barras, números de série e logotipos em metais e outras superfícies.
Na marcação a laser de metal nu com um laser de CO2, utiliza-se um agente de marcação especial (spray ou pasta) para tratar o metal antes da gravação. Após a aplicação do feixe de laser, o calor gerado adere o agente de marcação ao metal, resultando em uma marca permanente de alto contraste.
As máquinas são rápidas e acessíveis. Estão entre os tipos mais antigos de gravadoras e marcadoras, e também podem marcar materiais orgânicos como madeira, cerâmica (incluindo azulejos), pedra e muito mais.
Os sistemas de laser de CO2 podem ser operados a partir de uma ampla gama de aplicativos, como Windows e Linux, e são muito fáceis de usar.
Aplicações
Os lasers de CO2 são amplamente utilizados em embalagens de alimentos, medicamentos ou bebidas alcoólicas, circuitos integrados, eletrodomésticos, comunicações móveis, microchips e componentes eletrônicos.
Devido ao seu comprimento de onda, as fontes de laser de CO2 seladas alcançam os melhores resultados de marcação em materiais orgânicos como madeira, papel ou couro e certos polímeros plásticos. Os lasers de CO2 também são adequados para marcação em alguns tipos de vidro.
Vantagens
Ideal para metais revestidos, como alumínio pintado ou latão pintado, que não requerem pré-tratamento.
Os lasers de CO2 são mais adequados para materiais não metálicos, produzindo boas marcações em materiais como madeira, couro, papel, plástico, vidro, cerâmica e acrílico.
Desvantagens
Se você deseja uma máquina de laser de CO2 de alta potência, ela pode ser muito cara. Há ofertas dessas máquinas que variam de US$ 1.400 a US$ 10.000 na Amazon.
A taxa de conversão fotoelétrica no processo é de apenas 10%, e o consumo de energia é elevado.
As máquinas de marcação a laser de CO2 apresentam rendimentos significativamente menores do que os lasers de fibra ao trabalhar com metais. Isso ocorre porque é necessário tempo para o revestimento ou pré-tratamento com um agente de marcação de metal.
A vida útil de um tubo de laser de CO2 de vidro é inferior a 2000 horas, enquanto a de um tubo de laser de CO2 de radiofrequência (RF) de metal é superior a 20.000 horas, mas o preço é elevado.
Os lasers de CO2 também são mais caros de manter e exigem mais recursos operacionais.
Laser MOPA
As máquinas de marcação a laser MOPA são muito semelhantes em design e aparência aos marcadores a laser de fibra.
No entanto, a tecnologia interna é diferente, proporcionando capacidades diferentes.
As máquinas MOPA oferecem alta eficiência energética graças à abordagem de Oscilador Mestre Amplificador de Potência (MOPA). Nessa tecnologia, o oscilador mestre (MO) produz um feixe altamente coerente, e um amplificador óptico (A) é utilizado para aumentar a potência do feixe, preservando suas principais propriedades. É possível atingir amplitudes de até 2700 kHz, em comparação com a opção de laser de fibra com comutação Q, que chega a apenas 500 kHz.
O oscilador mestre não precisa ser potente nem operar com alta eficiência, pois a eficiência é determinada principalmente pelo amplificador de potência.
Vários amplificadores de potência a laser podem ser alimentados por um oscilador mestre comum, o que proporciona boa versatilidade em uma instalação de produção.
Essas máquinas alcançam ótimos resultados com marcação multicolorida reproduzível em aço inoxidável, marcação preta de alto contraste em alumínio anodizado e marcação de alto contraste em plásticos.
Aplicações
Como a maioria das carcaças de celulares são feitas de alumínio anodizado, o laser MOPA é usado principalmente para imprimir números IMEI e códigos de barras de alto contraste nas carcaças.
Os fabricantes artesanais também podem produzir designs muito bonitos usando cores como verde, rosa, roxo, azul, vermelho e preto em aço inoxidável.
Como o laser MOPA pode ajustar a largura do pulso para obter diferentes resultados de marcação, ele também será uma boa opção para marcação em plástico.
Vantagens
- Permite marcar aço inoxidável em diferentes cores.
- Você obterá menos queimaduras ou derretimento na área da borda das superfícies trabalhadas, especialmente durante a gravação.
- Menor desenvolvimento de calor durante o recozimento das marcas no metal, o que leva a um melhor comportamento em relação à corrosão, maior resistência à tração e maior durabilidade das peças.
- Proporciona marcações mais homogêneas e, por vezes, com maior contraste em alguns tipos de plástico.
- Proporciona menos espuma ao trabalhar com plásticos
Desvantagens
A tecnologia MOPA existe há bastante tempo, mas a pesquisa ainda está em andamento nessa área, portanto, as melhores máquinas ainda estão por ser projetadas.
As máquinas MOPA quase sempre tendem a ser mais caras do que os marcadores a laser de fibra comutada por Q.
Madeira, vidro e alguns tipos de plástico simplesmente não funcionarão com lasers MOPA, como acontece com marcadores Q-switched ou de pulso fixo.
Os lasers de largura de pulso variável custam mais e são muito mais complicados de usar pelo seguinte motivo: encontrar a potência, a velocidade, a frequência de pulso e as configurações de preenchimento de linha corretas para qualquer material com um laser MOPA pode ser um desafio.
Conclusão
Os lasers de fibra são excelentes para metais, enquanto os lasers de CO2 são mais indicados para materiais não metálicos. Os marcadores a laser UV são ótimos para criar marcações fluorescentes em superfícies de baixa temperatura. Ao passar da gravação em pequena escala para a produção em larga escala, escolher as máquinas de marcação a laser industriais é fundamental para garantir operação contínua 24 horas por dia, 7 dias por semana, e manutenção mínima.
Perguntas frequentes
Para marcação em metais altamente reflexivos ou materiais sensíveis ao calor, como wafers de silício, qual laser é recomendado?
Para esses tipos de materiais delicados e complexos, o guia recomenda um laser verde. Seu comprimento de onda de 532 nm permite maior absorção pelo material e produz uma transferência térmica muito baixa, o que o torna ideal para substratos altamente sensíveis.
Quais são alguns dos principais fatores a serem considerados ao escolher o sistema de marcação a laser certo para minha empresa?
O guia descreve vários fatores importantes a serem considerados. Estes incluem o tipo de material que você irá marcar, a velocidade e os requisitos de carga de trabalho da sua produção, as condições ambientais da sua oficina e a disponibilidade de um bom serviço e suporte pós-venda.
O texto descreve três técnicas de marcação: Mesa XY, Cilíndrica e Galvo. Qual é a melhor para um objeto em rotação?
Para marcação em peças cilíndricas, como tubos ou garrafas, a técnica de marcação a laser cilíndrica é a mais adequada. Este método utiliza um mecanismo rotativo que gira o objeto à medida que o laser o atravessa, produzindo a imagem desejada em um padrão raster.
O que é 'carbonização' e em quais materiais essa técnica de laser de fibra funciona melhor?
A carbonização é uma técnica de marcação em que o calor do laser é usado para destruir as ligações de carbono na superfície do material. Isso cria tons mais escuros nas áreas marcadas, sem afetar a superfície em si. O guia afirma que esse método é usado principalmente para marcação em plásticos claros e outros materiais orgânicos.
Informação muito útil, obrigado por compartilhar.
Muito interessante, bom trabalho e obrigado por compartilhar informações tão valiosas.