JPT技術ノート

レーザマーキング: 知っておくべきことのすべて

2023年9月

はじめに

以前は工業メーカーのみが使用していたレーザマーキング技術は、現在では中小企業、メーカー、愛好家、製品デザイナーによってさまざまな方法で使用されています。 全体として、このレーザメーカーは、用途に関係なく、製造技術において最先端であることが証明されました。

しかし、レーザマーキング技術について何を知っていますか? 始めるために、レーザマーキングについて知っておくべきことをすべてまとめました。 どのようなレーザ マーキング テクノロジーと関連するマーキング プロセスについて詳しく知りたい方は、以下をお読みください。

レーザマーキング技術とは何か?

レーザマーキング技術は、レーザ源によって生成され、増幅されてマーキングされる材料に照射される高周波ビームで構成されます。 レーザマーキング技術は新しい技術とみなされていますが、50 年以上前から存在しています。 おそらく、その応用が今日の人気につながっているのでしょう。

レーザマーキング技術の種類

レーザマーキング技術には、一般的に 4 つのタイプがあります。 ファイバーレーザ技術、CO2レーザ技術、Nd:YAG、Nd:YVO（結晶レーザ）など。 ただし、ファイバー レーザ テクノロジーは、その有効性により最も認知されており、広く使用されています。 さらに、さまざまな業界向けに多数のソリューションを提供します。

ファイバーレーザ技術

ファイバーレーザ技術では、ビームはファイバーのコアの中で生成され、その中に含まれています。 ファイバーにはイッテルビウムなどのイオンがドープされています。 そのため、高強度のレーザが生成され、金属の彫刻や高コントラストのプラスチックのマーキングに最適です。

ファイバー レーザは、特別なレーザ フィールドを持たない軟質包装材にマーキングできます。 さらに、ファイバーレーザはビームが安定しているため、現代の包装に使用されているような柔軟なフィルムに穴を開けることはありません。 このため、ファイバーレーザ技術は食品および食料品産業で広く使用されています。

ファイバーレーザ技術は、数千時間以上のマーキング時間にわたってメンテナンスフリーであるという利点があります。 このテクノロジーを使用すると、平均的な CO2 レーザ管技術と比較して 4 倍以上の寿命が期待できます。

CO2レーザ技術

CO2レーザ技術は、ファイバーレーザに比べて少し古いタイプのレーザマーキングです。 CO2混合ガスを電気的に励起して高効率かつ高品質のビームを生成します。 CO2レーザ技術は、主に費用対効果が高く、メンテナンスが少なく、運用コストが低いため使用されています。 さらに、このレーザ技術を使用するために消耗品は必要ありません。

CO2レーザ機械は多用途であり、高速ライン速度でさまざまな材料にマーキングできます。 このような材料には、特に、フォイル、木材、プラスチック、ボール紙、紙、コーティングされた金属、およびガラスが含まれます。

Nd:YAG、Nd:YVO（結晶レーザ）

結晶レーザはファイバーレーザと同じ固体レーザに属します。 ダイオードによって励起される最も一般的なレーザの種類は、Nd:YAG (ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット) と Nd:YVO (ネオジムドープイットリウムオルトバナジン酸塩) で、ドーピング元素ネオジムとキャリア結晶にちなんで名付けられています。 クリスタルレーザはファイバーレーザと同じ波長を持っているため、金属やプラスチックのマーキングにも適しています。

ファイバー レーザと異なるのは、これらのレーザ タイプには、摩耗部品である比較的高価なポンプ ダイオードが含まれていることです。 約 1 日後に交換する必要があります。 8,000〜最大 15,000 レーザ時間。 結晶自体の耐用年数もファイバーレーザよりも短くなります。

レーザマーキングのプロセスは何ですか?

レーザマーキングのプロセスでは、集光したレーザビームを使用して材料のさまざまな表面にマーキングを行います。 マーキングは、ビームが材料表面に作用して材料の化学的特性と外観を変化させるときに発生します。

レーザマーキングが機能するには、レーザビームが特定の領域に集中して、ほぼすべての表面上で簡単に読み取りまたはスキャンできるように、正確で高品質で非常にコントラストの高いマークを作成する必要があります。

ラベル貼りや印刷などの非永久的なマーキングプロセスとは異なり、レーザマーキングでは永久的なマーキングを作成するための消耗品は必要ありません。 さらに、レーザマーキングマシンはメンテナンスをほとんどまたはまったく必要としません。

レーザマーキングシステムが異なれば、必要な操作テクニックも異なります。 正しい操作プロセスは、マークするマテリアルの種類と使用しているアプリケーションの種類によって異なります。 ただし、使用するレーザ機械が何であれ、必要なすべての安全ガイドラインを必ず考慮してください。

さまざまな種類のレーザマーキング

アプリケーションの種類に応じて、利用可能なさまざまなタイプのレーザ マーキングのいずれかを使用できます。 使用できるレーザマーキング方法をいくつか見てみましょう。

アニーリング

アニーリングは、レーザ ビームを使用してマークを作成する金属表面またはその他の材料を集中的に加熱してマークを作成する、レーザ マーキングの一種です。 集束ビームが加熱され、色の変化により金属に構造変化が生じると、マークが作成されます。 作成されるマーキングは通常黒ですが、材料の層が加熱される程度に応じて、緑、赤、または黄色になることもあります。

アニーリングにより永久的な耐摩耗性マーキングが作成され、医療、自動車、歯科、製造などのさまざまな業界で使用されています。 たとえば、機械の仕様をリストまたは識別するために銘板にマーキングするには、アニーリング レーザ マーキング技術が必要です。

カラーマーキング

カラーマーキング技術は主にステンレス鋼材料のレーザマーキングに使用され、基本的に材料の組成に依存します。 レーザビームは、金属材料の製造中に追加される材料顔料と相互作用します。

光電効果により、材料に色の変化が生じ、それによって材料にマーキングが行われます。

彫刻

彫刻は、コーティングされた材料にマークを作成するのに最適なレーザマーキング方法です。 プロセス全体には、レーザビームを材料に集中させて基板層を露出させることが含まれます。 2 つのレイヤーの色が異なる場合、コントラストが生まれます。

アルマイトなどのコーティングされた材料の場合、特にこのレーザ方法でマーキングした場合、優れたマーキングが表示されます。 彫刻は主に石、陶磁器、金属、プラスチックなどの素材に使用されます。

レーザ彫刻技術は消耗品を必要としないため、インクやドリルビットを使用して彫刻する場合に比べて運用コストが低く抑えられます。

発泡

発泡は、明るい色のマーキングを作成するときに使用されるレーザマーキング技術であり、炭化は役に立ちません。 発泡プロセスでは、材料の表面を融点まで加熱する必要があり、気泡が発生します。

酸化して気泡が発生し、泡立ち光を反射します。 作成されたマークは、他の面よりも高いコントラストで浮き上がります。 変色効果はポリマー表面に現れます。 発泡レーザマーキングは濃色のオブジェクトに最適です。

炭化

炭化は、有機材料および合成ポリマーのマーキングにのみ使用されるレーザマーキング方法です。 炭化のプロセスでは、材料を加熱してプラスチックの結合を破壊し、酸素と水素を放出します。 反応が起こり、加熱された領域が暗くなります。

炭化によりグレーとブルーグレーの間の色が生成されるため、このプロセスは常に濃い色のアイテムに最適です。 そのため、マークされた領域と材料の残りの部分との間に低いコントラストが確立されます。 炭化レーザ法は主に皮革、木材、紙、包装材などに使用されます。

ナイト&デイ マーキング

このレーザマーキング技術には、レーザビームを集中させて、希望の色が目に見える透明な表面になるまで後続のペイント層を除去し、基準コンポーネントのシンボルを示すために点灯します。 ナイト&デイを問わずレーザマーキングを行う方法は、選択的アブレーションと呼ばれます。

ただし、材料が燃えやすいため、レーザビームの焦点を材料に当ててはなりません。 ただし、コントラストを生み出すためにペイントの層を除去する必要があります。 ナイト&デイレーザマーキング方法は、特殊なシンボルやログを特徴とするバックライト付き電子部品、自動車、航空宇宙、家電業界で使用されています。

レーザマーキングアプリケーション

レーザマーキングプロセスは、幅広い業界や分野で応用されています。 レーザマーキングは主に、バーコード、QRコード、部品番号、日付コード、シリアル番号のラベル付けや、さまざまな業界のいくつかの素材に著作権やロゴを追加するなどのプロセスで使用されます。



プラスチックや金属などのマテリアルに日付値を追加するために使用されます。 材料に賞味期限やメンテナンス期限などを刻印するために使用されます。 さらに、高度な不正行為防止機能を提供するため、スマートカードや ID の作成において重要なセキュリティ機能をマークする際にも利用されます。

バックライト付き電子部品のマーキングには、昼夜を問わずレーザマーキングが適用され、夜間でも日中でも鮮明に見ることができます。 また、標識や車のダッシュボード、携帯電話のボタンなどのマーキングにも使用されています。

レーザマーキングは製造業で普及しており、さまざまな生産ラインのさまざまなサブプロセスに統合されています。 たとえば、自動車産業では、点火プラグなどのコンポーネントのマーキングにレーザマーキングが使用されています。 電子産業では、レーザマーキングはプリント基板のマーキングに使用され、医療分野では医療用インプラントのラベルに使用されます。

レーザマーキング技術は、航空宇宙産業で航空機のさまざまなコンポーネントのマーキング、特にコックピットやドットピーンマーキングに広く使用されています。 疑いもなく、レーザマーキング技術は事実上あらゆる業界で広く応用されています。

レーザマーキングに対応しないターゲットはあるか?

レーザマーキングはどんな材質でも行うことができます。 それにもかかわらず、一部の材料は特定の種類のレーザ メーカーを受け入れる傾向があります。 したがって、マーカーが許容できる材料のマーキングには適切なレーザ機械を使用してください。そうしないと、マーキングが成功しない可能性があります。

レーザマーキングの利点

レーザマーキングには、さまざまな業界に特有の利点がいくつかあります。 レーザマーキングによってもたらされる利点をいくつか見てみましょう。

レーザマーキングにより、繊細なグラフィックでも高精度のマーキングが可能です。 フォントや小さな幾何学模様に関係なく、情報は明確かつ適格にマークされます。 さらに、レーザマーキングにより、材料への常に高品質なマーキングが保証されます。

レーザマーキングはおそらく、市場で入手できる最速のマーキングプロセスです。 その高速性により生産性が大幅に向上し、製造コストが削減されます。

レーザマーキングは、耐摩耗性、耐酸性、耐熱性に優れた永久的なマーキングを実現します。 適切なレーザ設定を使用すると、表面を損傷することなく材料にマーキングを行うことができます。

他のマーキング方法と比較すると、レーザマーキングはより安全であることが際立っています。 マーキング中に有毒ガスや廃棄物が発生しません。 そのため、マーキングプロセス中にレーザを操作する人にとって安全な環境を提供します。

レーザマーキングシステムは、さまざまな種類の材料にマーキングできます。 そのため、使用方法の多様性が高まります。 1 台のレーザ機械で、さまざまな種類の金属に手間をかけずにラベルを付けることができます。

レーザマーキングにおける JPT のレーザ光源の利点

JPT レーザは異なるレーザ光源を備えているため、マーキング中の安定性を維持しながら、優れた高解像度の彫刻を実現します。 このレーザ光源を使用すると、さまざまな種類の材料のマーキングも可能になります。

さらに、広範囲の周波数を備えているため、ファイバー光源を備えたレーザと比較して、さまざまなパラメータを設定してより多くの材料、特に非金属材料をマーキングできます。

レーザマーキング技術により、さまざまなプロセスの運用がシームレスになり、コスト効果も高まりました。 レーザマーキングの多用途性により、事実上あらゆる表面にマーキングできます。 このテクノロジーから派生したさまざまなレーザマーキングプロセスにより、材料上に優れたマーキングを作成できるようになります。 アイテムに永久的なマークを付けることを計画している場合は、レーザ マーキング テクノロジー以外に目を向ける必要はありません。