Na rozdiel od plastov sú guma a silikón elastoméry s pružnou, často zosieťovanou štruktúrou. Pri laserovom značení tu dochádza k výrazne odlišným efektom než pri termoplastoch.
Všeobecné Princípy Laserového Značenia Elastomérov
Pre väčšinu organických polymérov vrátane gumy a silikónu je veľmi účinný CO₂ laser. Jeho lúč sa silne absorbuje v uhlíkových väzbách polymérov, takže dokáže materiál rýchlo zahriať a odpariť. Niekedy však CO₂ lasery poskytujú nižší kontrast a majú tendenciu materiál skôr odpariť či opáliť dočierna.
Značenie často uvoľňuje sadze a dym, ktoré sa môžu kondenzovať späť na povrch, a popis môže byť menej detailný. Pred značením laserom by mal byť povrch gumy čistý a odmastený.
Použitie CO₂ Laserov
V praxi sa preto CO₂ používa buď na svetlé elastoméry, alebo na hlbšie značenie čiernych gúm.
Použitie Vláknových Laserov
Štandardný vláknový laser (Yb fiber) v infračervenom spektre sa používa prevažne na kovy, pri gumových materiáloch nachádza uplatnenie predovšetkým pri povrchovom značení kontrastom. Samotný lúč 1,06 µm niektoré čisté polyméry, ako napr. číry silikón, neabsorbujú dobre, no absorpciu výrazne zvyšuje prítomnosť sadzí alebo špeciálnych pigmentov. Pri čiernych gumách (EPDM, NBR, FKM) možno vláknovým laserom dosiahnuť svetlý penený popis.
Prečítajte si tiež: Návod na hru pre dvoch
Pri vysokej frekvencii pulzov sa povrch mierne nataví a vybieli bez hlbokého gravírovania. Výhodou je, že takto označený povrch zostáva hladký a značka nepodlieha oderu. Nevýhodou môže byť nutnosť precízneho nastavenia. Pri príliš vysokej energii pulzu vláknový laser gumu prepáli a skôr očerní (ako CO₂), pri príliš nízkej sa popis neprejaví.
MOPA Laser
Vláknové lasery sú teda vhodné najmä tam, kde sa vyžaduje vysoký kontrast na tmavom elastoméri (napr. MOPA, ako špeciálny typ vláknového laseru, pri ktorom možno nastavovať šírku pulzu a frekvenciu v širokom rozsahu, poskytuje pri značení plastov a elastomérov veľkú flexibilitu. Krátke pulzy (napr. <10 ns) s vysokou frekvenciou umožňujú zahriať povrch polyméru veľmi rýchlo a lokálne. Podporujú penenie a svetlé značenie, pretože materiál sa stihne expandovať bez zuhoľnatenia. Naopak dlhšie pulzy či nižšie frekvencie dodávajú viac tepla a môžu vyvolať tmavšiu karbonizovanú stopu.
Pomocou MOPA laseru možno teda dosiahnuť vyšší kontrast značenia gumy v porovnaní s bežným vláknovým laserom.
UV Lasery
Okrem vyššie uvedených laserov sa v menšej miere na značenie niektorých silikónov používajú aj UV lasery (355 nm). Ich výhodou je veľmi malá tepelná zóna a možnosť značit aj transparentné materiály fotochemicky, bez penenia.
Špecifické Typy Elastomérov a Ich Značenie
EPDM (etylén-propylén-diénový kaučuk)
EPDM (etylén-propylén-diénový kaučuk), používaný v automobilových tesneniach a priemyselných membránach, býva často plnený sadzami, čo ovplyvňuje spôsob jeho značenia. V EPDM sa dobre absorbuje CO₂ laser (10,6 µm), ktorý na povrchu čierneho EPDM dokáže vytvoriť svetlú kontrastnú stopu s „kovovým“ nádychom. Dôležité je použiť nižší výkon a vyššiu rýchlosť, aby sa povrch len povrchovo zosvetlil penením a guma sa nadmerne nespálila. Svetlý EPDM bez sadzí možno značiť karbonizáciou.
Prečítajte si tiež: Pamiatky v Sibiu
NBR (nitrilová guma, butadién-akrylonitrilový kaučuk)
NBR (nitrilová guma, butadién-akrylonitrilový kaučuk), používaný na O-krúžky, palivové a olejové tesnenia či ochranné rukavice, býva často čierny. Laserové značenie nitrilovej gumy má podobný charakter ako pri EPDM. CO₂ laser dokáže gravírovaním alebo abláciou vytvoriť čitateľný kód, ale kontrast na čiernom povrchu vzniká najmä pri penení vrchnej vrstvy do šedo-bieleho odtieňa. Vláknový laser (1,06 µm) sa dá pri čiernych nitrilových zmesiach využiť na povrchové vybielené značenie bez výraznej ablácie, no je potrebné presne doladiť výkon, inak hrozí pripálenie gumy na mazľavú vrstvu sadzí.
FKM (fluórokaučuk, obchodný názov Viton)
FKM (fluórokaučuk, obchodný názov Viton): Fluórované elastoméry sú mimoriadne tepelne (dlhodobo do 200 °C) a chemicky odolné, čo sťažuje ich laserové značenie. CO₂ laser sa dobre absorbuje a Viton ľahko gravíruje, ale nevytvára dobrý kontrast, len čierne opálenie. Na vytvorenie čitateľnej svetlej značky na tmavom Vitone je vhodný vláknový laser, ideálne s technológiou MOPA. Vzniká svetlohnedá značka (tzv. bleaching, teda vybielenie povrchu) bez otierania alebo zvyškového prachu. Vzhľadom na tvrdosť Vitonu a jeho tepelnú odolnosť sa odporúča značiť viacerými prechodmi pri nižšom výkone a povrch postupne zosvetľovať, namiesto jedného silného pulzu, ktorý by materiál iba očernel. Pri pálení fluórokaučukov vznikajú toxické výpary (napr.
Silikón (VMQ, silikónový elastomér)
Silikón (VMQ, silikónový elastomér) je elastický materiál odolný voči vysokým teplotám (200-300 °C). Číry alebo svetlý silikón bez aditív zle absorbuje bežné vlnové dĺžky laseru. Na značenie sa preto často používajú špeciálne pigmenty citlivé na laser, ktoré sa do silikónu primiešavajú vopred. Bežné priemyselné lasery s vlnovou dĺžkou ~1 µm dokážu v kombinácii s pigmentovaným silikónom vytvoriť ostré a kontrastné značenie aj na priehľadných a ohybných komponentoch. V prípade značenia čistého silikónu bez pigmentu je vhodnejší CO₂ laser, ktorý vytvára skôr bezfarebnú gravúru alebo jemne opálenú sivú značku s nižším kontrastom. Silikón je veľmi pružný, preto je nutné diel počas značenia dobre fixovať, aby pri vibráciách laseru nedošlo k rozmazaniu popisu.
Prírodný kaučuk (NR)
Prírodná guma sa vyznačuje vysokou elasticitou, ale nižšou tepelnou odolnosťou. V čistej forme je svetlá až jantárová, a laser ju dokáže karbonizovať a vytvoriť tmavý, takmer čierny popis. To platí, pokiaľ zmes neobsahuje sadze alebo len v malom množstve, napr. pri svetlých rukaviciach alebo balónikoch. CO₂ laser je vhodný na rýchle povrchové značenie. V parametroch treba voliť stredný výkon a vyššiu rýchlosť, aby sa materiál neprepálil do hĺbky. U svetlých zmesí bez sadzí možno pre lepší kontrast zvážiť pridaný pigment alebo použiť vláknový laser s MOPA, ktorý pri vhodných pulzoch dokáže materiál lokálne stmaviť. Naopak pri tmavých zmesiach NR s vysokým obsahom sadzí (napr. čierne tesnenia, silentbloky) laser typicky vytvára svetlý popis, zvyčajne penením alebo povrchovou oxidáciou.
Ďalšie elastoméry
Medzi ďalšie gumové materiály patrí napr. CR (chloroprén, neopren), SBR (styrén-butadiénový kaučuk) alebo PUR elastoméry. Ich značenie sa riadi podobnými princípmi. Neoprén pri laserovaní uvoľňuje chlorovodík, preto je nutné dôkladné odsávanie a značí sa skôr CO₂ laserom. SBR je podobný prírodnej gume aj NBR v tom, že obsahuje sadze, dobre pení a bieli sa.
Prečítajte si tiež: Slovenské vzduchovky
Parametre Laserového Značenia
Pri laserovom značení gumy a silikónu vo všeobecnosti platí zásada začať s nižšou energiou a testovať, pretože elastoméry sa pri prehriatí môžu deformovať alebo vzbĺknuť.
- Výkon: Pohybuje sa zvyčajne v jednotkách až nižších desiatkach wattov pri kontinuálnom režime CO₂ lasera, resp. zodpovedajúcom nastavení pulzov pri vláknovom laseri. Napríklad na značenie EPDM postačuje ~10 W u CO₂ lasera. Pri vláknových laserov sa výkon nastavuje nepriamo cez nastavenie frekvencie a energie pulzu. Cieľom je dosiahnuť len potrebnú teplotu na zmenu farby.
- Rýchlosť posuvu: Vyššie rýchlosti pomáhajú zabrániť prehriatiu jedného miesta. Typické hodnoty pre značenie gumy CO₂ laserom sú stovky mm/s (napr. 300-500 mm/s), pri galvo vláknových laserov aj niekoľko m/s.
- Frekvencia pulzov: Tento parameter sa týka najmä vláknových a Nd:YAG laserov. Nižšie frekvencie (napr. 20-30 kHz) dávajú silné pulzy vhodné na abláciu a karbonizáciu (tmavé hlboké značenie), vyššie frekvencie (100-200 kHz a viac) dávajú časté menšie pulzy, ktoré skôr tavia a penia povrch (svetlé značenie).
- Počet prechodov: V ideálnom prípade sa značenie vykonáva jediným prechodom laseru. Pri niektorých materiáloch, ako tvrdý Viton alebo silne tepelne vodivé zmesi, však jeden prechod nedosiahne dostatočný kontrast a riešením je viacnásobné opakovanie. Lepšie je opakovať rýchly nižší výkon 2-3× než jedným pomalým silným zásahom spáliť povrch.
- Zaostrenie a veľkosť lúča: Jemné detaily, ako malé písma či QR kódy, vyžadujú malé ohnisko. Napríklad vláknový laser s objektívom ~100 mm vytvorí laserovú stopu ~30 µm. CO₂ lasery majú typicky väčší priemer stopy (napr. 200mm šošovka ~300 µm), čo ovplyvňuje minimálnu veľkosť písma. Pri hrubších gumách môže byť užitočné mierne rozostrenie, aby sa energia rozložila a zabránilo sa prepáleniu diery.