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プラスチック製品へのレーザ彫刻またはレーザマーキングは、レーザを使用してコンポーネントにマーキングまたはラベルを付ける方法です。 さまざまなプラスチック要素が作られるポリマーによって、使用されるプロセス、レーザマーキングプラスチックの設定、およびプラスチックのレーザ彫刻を実行するために必要なエネルギー量が決まります。 レーザ彫刻の結果は通常、染料などの添加剤の種類、使用されるプラスチック、使用されるレーザの種類によって異なります。
レーザ彫刻は、プラスチックが接触することなくレーザ光線を吸収する一種の光学プロセスです。
この種の動作は、レーザ切断だけでなくレーザ溶接のプロセスでも広くまたは大量に利用されています。 これは、ある種類の材料がレーザのビームを吸収して溶解または切断することができる一方で、他の材料はレーザのビームを透過させ、影響を与えることなく完全に出入りできるようにする方法です。
さまざまな種類の熱可塑性プラスチックやプラスチックをレーザで彫刻できます。 プラスチックにレーザマーキングできない場合は、通常、プラスチックへのレーザ彫刻に適したマスターバッチまたは添加剤を使用して加工されます。
マスターバッチとは通常、熱プロセスの進行中に樹脂支持体にカプセル化された濃縮添加剤または顔料の混合物を意味します。 その後冷却され、顆粒の形に砕かれます。 着色顔料などの添加剤もレーザ彫刻やマーキングの能力に影響を与えます。
プラスチックの熱伝導率が低い場合、レーザ彫刻中のエネルギー損失が少ないことを意味し、加工が非常に速くなります。 プラスチックの高分子構造は、一般に赤外線と紫外線の間の範囲のレーザ光線を吸収します。
材料表面上の分子再構成のマーキング結果、つまり色の変化に基づいて、プラスチックのレーザ彫刻は、プラスチックの炭化、発泡、レーザブレーションまたはレーザ除去、色の変化の 4 つのタイプに分類できます。
この方法は、明るい外装または表面に色の強いコントラストを提供し、生体高分子やポリマーに適用できます。 このプロセス中、プラスチックの表面はレーザによって加熱され炭化され、水素と酸素が放出されます。 炭素濃度により、素材の表面が炭化します。 このプロセスは、他の手法に比べてマーキングに時間がかかります。
この技術はポリマーの表面に跡を残すだけでなく、いくつかの金属にも跡を残します。 レーザの熱はポリマー表面の溶解を促進します。 その後、急速に冷却されたため、材料の中に気泡が封入され、手で触るとそれを感じることができます。 これは、ポリマー材料に応じて明るいものから暗いものまで変化する、上昇した正の符号 (プラス) を形成します。 このような場合、レーザは低い出力レベルで動作し、プラスの符号が長くなります。
レーザ除去はラミネート（多層プラスチック）で実行されます。 除去プロセス中に、レーザのビームは、塗料の層などの上部の薄い層 (ベース素材) を除去するのに役立ちます。 これにより、さまざまなレイヤーの変化により色のコントラストの効果が生まれます。
これは、色素高分子の破壊または再配列が起こる電気的プロセスです。 また、最大限の可読性も保証します。 表面は変化がなく滑らかで、ポリマーの除去はありませんが、発泡する可能性があります。 色のバリエーションは暗いものと明るいものの両方がありますが、ほとんどの部分では暗い色調です。
多くの種類の透明または半透明のプラスチックは、レーザ光線が通過しても跡を残しません。 添加物を加えずに加工しても変化のないプラスチックサンプルも多数あります。 しかし、ポリカーボネート（PC）やポリ塩化ビニル（PVC）は例外的に、透明でありながら極めて低いエネルギーの照射により炭化して鮮明なマークを形成することができます。
添加剤はポリマーによるレーザエネルギーの吸収を多少増加させる可能性があるため、添加剤を混合または充填すると、改質プラスチックは特定の機能を発揮します。 プラスチックの中には、ダークマーキングの修正に適したものとライトマーキングの修正に適したもの、および両方に適したものがあります。
市場では、UV レーザ (355nm)、緑色レーザ、赤外線レーザなど、いくつかのレーザが入手可能です。 赤外レーザは近赤外（1064nm YAGレーザ、ファイバーレーザなど）と遠赤外（10640nm CO2レーザなど）に分けられます。 科学技術の発展により、赤外線レーザの一部のパラメーターを柔軟に制御および調整して、特定の材料に対して短波長 UV レーザと同じ効果を達成できるようになりました。 以下は、プラスチック レーザ彫刻の結果に影響を与える主な要因です。
レーザパルス幅として知られるパルス幅は、レーザビームが材料の表面に作用する時間を表します。 プラスチックの場合、表面へのレーザ照射時間が重要です。短すぎると、反応するのに十分なエネルギーがなくなり、非常に明るい色の水ぶくれの跡が残るだけになります。 長すぎると、深刻な炭化、アブレーション、亀裂が発生する可能性があります。 したがって、プラスチック表面に適切な変化を加えて望ましい効果を得るには、適切なパルス幅が不可欠です。 パルス幅はレーザを照射できるかどうかを判断する非常に重要な基準となります。
レーザ繰り返し周波数とも呼ばれる周波数は、1 秒間に何本のレーザ ビームが放射されるかを測定します。 通常、レーザ周波数はレーザ走査の速度に対応します。 ただし、周波数が高くなると、各ビーム間の間隔が短くなります。 プラスチックは熱伝導率が低く、通常、熱放散が十分ではないため、周波数が高すぎると熱が蓄積します。 これは意図したものではなく、熱により素材やメディアの周囲に「熱ダメージ」が発生するだけでなく、彫刻すべきでない場所に気泡が発生したり、溶けて固まったり、削れが沈んだりする可能性があります。 したがって、望ましい効果と効率を達成するには、材料の融点に基づいて適切な周波数を選択することが重要です。 広い周波数調整範囲により、プラスチックマーキングの可能性がさらに広がります。
M2係数はビーム伝播率とも呼ばれ、レーザ ビームのビーム品質の一般的な尺度です。 これは、理論上のビームに対するレーザによって放射される実際のビームの品質比です。 比率が 1 に近いほど良好ですが、値が大きいほどビーム品質は悪くなります。 ビーム伝播比は、集束後のエネルギー分布に直接影響します。 ビーム伝播率が優れていると、集束後にレーザが集中して均一になりますが、ビーム伝播率が低いと、焦点が大きく拡散してしまいます。 M2 が小さいほど、有効に利用できる熱エネルギーが少なくなり、過剰な熱エネルギーによってプラスチック マーキングに望ましくない「熱影響領域」が生じ、結果がさらに悪化します。
レーザのピークパワーとは、レーザビームによって瞬間的に達成できる最大パワーを指します。 ピークパワーが高いほど、より多くのレーザエネルギーが効果的に利用でき、それに応じて発生する廃熱が少なくなり、材料を変形や溶融することなく蒸発または炭化させることができます。 このメカニズムはビーム品質のメカニズムとある程度似ています。
これはマスター オシレーター パワー アンプの略で、優れた時間的パルス制御整形と高レベルのレーザ パフォーマンスを示します。 MOPA 構成では、パルス幅とパルス周波数を独立して制御できます。 JPT は、上で述べた必須のプラスチック彫刻要素に対して優れた利点を示す M7 および M8 MOPA ファイバー レーザ シリーズを開発しています。 これらのレーザ機械は 2 〜 500ns のパルス幅を達成できるため、一部のプラスチックに適応できます。 レーザ周波数を 1kHz 〜 4000kHz に調整できるため、プラスチックのマーキングプロセスを高効率で行うことができます。 JPT MOPA ファイバーレーザのビーム伝播比は 1.3 以下であり、プラスチック彫刻において優れた性能を発揮します。
スマートな電子設計と、産業環境に簡単に適応できるコンパクトな 2 層キャビティを備えています。 これらの最小パルス持続時間は 6ps です。 これらすべての機能が JPT PS レーザ加工機シリーズに組み込まれています。
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