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激光塑料印标技术现状与发展前景分析(一)

带有激光印标的装饰性热塑科比十年以前预期的花费了更长的时间才得到人们的认可。尽管如此，激光技术已经在一些应用中取代了油墨印标技（如压而且具有更强的抗腐蚀能力印和喷墨印刷），情况已经有所改变。

目前所谓的“非美学”应用估计占塑料激光印标的90%有的印标用二 氧化碳激光机制作，包括零件型号、制造日期以及有效期。通常这些印标在透明或浅色背景上是黑色的字母和数字，或在黑色背景上是纯白印标。“美学”激光印标占市场的10%，在代替油墨技术方面有很大的发展潜力。这是黑色工程塑料上的典型白色印标，用固态Nd：YAG激光机印制，这种激光机很容易编程，适用于在任意形状上的制品作清楚的印标。

激光印标已经成功商业化的应用包括商业机器用的ABS键盘、HDPE、即、PET和PVC刚性容器和容器盖，尼龙和PBT汽车和非汽车用电器连接件，发动机罩元件如保险盒和气帽。还有其他的应用，包括牛和猪用的TPE耳签，电器件如清洗和干燥设备上的HDPE开关按钮，PVC管件如接头和管件。

而刚开始的应用包括灯开关盖，化妆品包装材料，汽车内部按钮和门把手、仪表板。在最近几年，后者已经成为一个重要的应用市场。

在最近十年，计算机程序化的激光印标设备的技术进步伴随着更多品种的可激光印标树脂的开发，专门制作的着色剂和包装用的添加剂可用于各种各样的塑料中，如聚烯烃、ABS、PVC、聚酯、聚碳酸酯、尼龙、聚甲醛和热塑性弹体。

激光塑料印标技术现状与发展前景分析

现在的激光印标塑料对比度高，有时，与其说是黑色与白色，不如说是一个对比的色彩。甚至浓暗对比度也成为可能。据塑料激光设备的主要供应商Rofin-Baasel的市场经理Patrick Schlather介绍，这些色彩变化多样，是流行趋势之一，这种趋势正使人们对激光装饰塑料产生更大的兴趣。

激光印标的应用包括灯开关盖，化妆品包装材料，汽车内部按钮和门把手、仪表板。在最近几年，后者已经成为一个重要的应用市场，同时也满足了在甚至更小的塑料制件上印制大量数据的发展需要。例如，数据密度10倍于传统条形码的二维条形码已经被研究出来。与以前使用的条形码相比，印制二维条形码要求更精确，清晰度更高。据Schlather介绍，激光印标满足了这些要求，在0.001英寸的范围内，点的尺寸和位置可以重复——这些性能是压印或油墨印刷机难以实现的。

环境问题是激光印标发展的另一个驱动力。激光印标不用油墨或溶剂，也不需用像油墨印标技术那样的高强度能量干燥过程。Schlather说，对一个三班倒的印标生产来讲，油墨和化学品花费在20000—40000美元，而印制盘子要花费100000美元/每年或更多。而相比之下，一台三班倒的激光印标设备每年用电花费少于3000美元，其他的消耗如灯管和过滤器花费在3500美元以下。

印标设备基础

尽管现有的用于装饰塑料的激光光源很多，但是密封的二氧化碳激光器是目前使用得最广泛的，其次是灯管泵送的固态Nd：YAG激光器和近年来的二极管泵送的Nd：YAG器。

大多数激光设备都采用高速光束控制的检流计印标技术。收缩膜这种控制设备用两台计算机控制的可以在臧Y方向移动的镜子或检流计扫描激光光束。“当编好程序的激光路径完成时，新的制件入位，重复着这种循环。由于激光模式完全存在于软件之中，因此工具或蒙片都不需要了。”

允许带有旋转光束控制的塑料印标的软件也有好几家激光设备供应商供应。这种设备本质上是采用相同的技术，但适用于连续转动的生产如输送带或基材转换，Barbero解释到， “这种设备的优点是它能够被很容易地改装到现有的生产线，使生产率达到最大值。编码反馈给计算机，计算机进行适当的调整，实时跟踪移动的目标。 ”Schlather接着说道， “目前的设备采用简单明了的图形生成软件，这种软件很容易编好程序，在各个和每个旋转的制件上印制单一的数据。”

近几年来，激光印标的程序化、标准化和排除故障性能更容易了，印标速度也得到很大提高。Barbero说： “当今的软件适用于每秒钟超过400个宇的印制，而10年前每秒钟只能印制撕裂强度值1般与试样形状、拉伸速度、实验温度有关40个。”大多数激光机软件有能力印制串行和多型号的条形码以及任意型号（包括公司标志）的文本。用N1ndow基的“帮助”选项，激光印标供应商增加了服务和标准化技术以及故障清除软件。

另一项进展是用一种激光光源可以同步印制两个制件。外加一种变形头和一台程序化的光束分离器，用相同的信息，一台激光机可同时印制两个零件。Schlather指出，这种类型的设备可用于不移动制件的较大面积或大量制件的印制蒸熏炉。

在不断流行的二氧化碳激光设备方面费用是一个关键因素。一整套二氧化碳交钥匙设备售价在25000—35000美元之间，而一台电子管泵送或二极管泵送的Nd：YAG设备售价在60000—75000美元之间。

二氧化碳激光机蚀刻塑料表面，通过蒸发清理材料，得到的是对比的印标，但很少或几乎没有真正的颜色变化。适宜于采用二氧化碳激光机印制的塑料有PVC、ABS和大多数聚酯。云母填充的商用树脂如即用二氧化碳激光机标记时产生起霜的灰白印标。尽管二氧化碳机的输出功率可以达到200W，但用于印标塑料最通用的范围是10—25W，有时是50W（由于其产量高），但是输出功率在30—50W的设备也有。YAG激光机一般被用于零件的高质量印标，如电子连接器，发动机罩元件，锁帽和外科手术设备。Rofin-Baasel的Schlather建议加工者考虑购买固态激光机时要了解所需要的生产量和印标的美学要求。例如，如果想要高对比度的、表面没有测量的到的中断印标，那么高频的激光机性能最好。不过，这取决于设备的低输出功率是否适合你的生产率要求。

还有一种新型的二极管，功率在3—lOOW之间，可以用二极管作为激光机灯源替代电子管泵设备的电子管。据说二极管比电子管结构紧凑50%，能量效用提高20%—30%。电子管设备需要水冷，而二极管类型需水冷或风冷。电子管一般需要每1000小时更换一次，二极管的使用寿命则达10000小时。不利条件是二极管相对来说比较新而且较昂贵。例如，FOBA50W的二极管泵激光机比100W的电子管设备贵10%但FOBA预计二极管设备的价格在以后几个月可能下降，并且它们最终将替代电子管泵设备。

“环境问题是激光印标发展的另一个驱动力。激光印标不用油墨或溶剂，也不需用像油墨印标技术那样的高强度能量干燥过程。”

Rofin-Baasel的Schlather总结YAG类型的选择：“如果要每600—800小时进行维修，那么电子管泵投资最少，但可以得氨纶行业景气度目前有所回升到最大的生产率。如果用3—60W的二极管泵设备可以完成希望的印标，那么二极管泵设备在5年内成本将少于电子管泵设备。”

用于激光器的配方

如果用正确选择的添加剂配方，FOBA的Bone说，几乎任何激光模组一种塑料都能被任何型号的激光机印标。配方或母料的供应商需要了解树脂、最终应用、需要的图标类型。例如，一些塑料如高密度聚乙烯和聚碳酸酯在有些颜色上用YAG激光器不用任何添加剂就可以印制得很好。另一方面，二氧化碳激光机在印制这两种塑料时没有特殊添加剂就印得不好。

现有技术的限制是得到调好色的激光印标的能力有限，而且激光优选的塑料成本也高于市面价格的10%—15%，有时更高。

Clariant集团母料技术发展部主任Bill Blasius承认，激光印标在颜料选择和颜色透明度上受到限制。他说：“在如何使用颜料和添加剂方面我们比千年前懂得更多。我们希望使用激光灯时能充分利用化学反应，这种化学反应发生在特殊的树脂和某些添加剂和颜料之间。” 由于复配技术的发展，我们可以在黑色或蓝色的乙酸醛共聚物上得到近平白色的印标，或者在黑色的ABS上得到纯白色的印标。用特殊的配方和激光机参数，我们甚至可以得到调好的颜色。Schlather解释说：“用这种方式，蚀刻的激光印标可以被调成Pantone，Munsell或其他工业标准。树脂中的颜料决定颜色和色相，而激光机决定强度或浓度。”许多激光印标颜色/舔加剂以表面经过处理的云母按一样的方法再放入第2块、第3块试件为基础，如EM工业公司配制的流行的Afflair和Laser Flair配方。但其他添加剂如铜和锑也用于专利配方中。