1 הקדמה
בסוף שנות ה-70 ותחילת שנות ה-80, מותג-טכנולוגיה חדשה של יישום לייזר-טכנולוגיית סימון לייזר-הופיעה בשקט על הבמה הבינלאומית. מכונת סימון הלייזר מייצגת יישום משמעותי של עקרונות עיבוד לייזר; באופן ספציפי, הוא משתמש בקרן לייזר מעובדת כדי להקרין את פני השטח של חומר. אנרגיית האור מומרת באופן מיידי לאנרגיה תרמית, וגורמת לחומר פני השטח להימס או אפילו להתאדות ברגע, ובכך ליצור סימנים המורכבים מטקסט, דפוסים ואלמנטים אחרים.
2 תחומי יישום ויתרונות של סימון לייזר
במגזר התעשייתי חל מעבר הדרגתי מעיבוד חשמלי לעידן העיבוד האופטי. מכונות סימון לייזר הן צדדיות ביותר, מציעות תוצאות מצוינות ויציבות, וכתוצאה מכך מצאו יישום נרחב בתחומים רבים. הם מסוגלים לחרוט חומרי מתכת שונים-כמו גם חומרים מסוימים שאינם-מתכתיים-או ליצור סימנים קבועים נגד-זיופים שקשה מאוד לשכפל. בעזרת מערכות קלט ופלט מחשבים ושימוש במנגנון סריקה של גלוונומטר, מכונות אלו משיגות מהירויות עיבוד מהירות. מערכת הנחיית האור הסגורה במלואה שלהם-מדגימה יכולת הסתגלות חזקה לתנאי סביבה מגוונים, בעוד שהמבנה הפנימי המודולרי שלהם מפשט תחזוקה ושירות; הם מתאימים במיוחד-לשילוב בתהליכי ייצור "ב{10}}קו". מכונות סימון לייזר נמצאות כיום בשימוש נרחב להחלת סימנים מסחריים, מספרי אצווה, תאריכים, ברקודים ומזהים אחרים על מגוון רחב של מוצרים, לרבות פריטי חומרה שונים, כלי מתכת, מכשירים מדויקים, רכיבי רכב, חלקים אלקטרוניים, כלי חיתוך, מתנות, שעונים, אביזרי אינסטלציה, מסגרות משקפיים, אבזמי מפתחות למחשבים, אבזמי מפתחות למזוודות, אבזמי מפתחות למחשבים. איורים 1 ו-2, בהתאמה, ממחישים דפוסים שנוצרו באמצעות סימון לייזר על דיסק מגנטי ומחק. על ידי עיבוד סימון בלייזר, ניתן לשפר את איכותם ולשפר את התחרותיות בשוק.
לסימון הלייזר יש יתרונות שאין כמעט כמותם בשיטות המסורתיות (כגון תחריט כימי, עיבוד שבבי פריקה חשמלית, חריטה מכנית והדפסה). ראשית, הוא משתמש בטכנולוגיית בקרה נומרית (NC)-או בקרה ישירה במחשב-מה שהופך אותו קל במיוחד לשנות תוכן סימון; יכולת זו מתאימה באופן מושלם לדרישות-היעילות והמהירות-מהירה של הייצור המודרני. שנית, על ידי שימוש בלייזר כמדיום העיבוד, הוא משיג דיוק חריטה מעולה תוך הפגנת תאימות רחבה לחומרים שונים, המאפשר יצירת סימנים מורכבים ועמידים במיוחד על מגוון רחב של משטחים. לבסוף, מכיוון שהתהליך אינו כרוך במגע פיזי או בכוח מכני המופעל על חומר העבודה, הוא מבטיח שהדיוק והשלמות המקוריים של חומר העבודה נשמרים במלואם. זה יכול לשמש כשלב הסופי של תהליך הייצור, ובכך לבטל את הצורך בפעולות גמר לאחר-סימון. שיטת העיבוד שלו גמישה ביותר, ומסוגלת להתאים לדרישות הן של סגנון מעבדה,-של ייצור אצווה קטן והן של ייצור תעשייתי בקנה מידה{{12} גדול. יתר על כן, הוא אינו מייצר מזהמים ואינו גורם לזיהום סביבתי-גורם בעל משמעות מיוחדת בעולם של ימינו, שבו הגנת הסביבה מקבלת יותר ויותר עדיפות. והכי חשוב, קשה מאוד לזייף או לשנות את הסימונים שנוצרו באמצעות טכנולוגיית סימון לייזר, ובכך מציעים יכולות חזקות נגד-זיוף. מאז שנות ה-90 של המאה ה-20-בהתבסס על הבגרות ההולכת וגוברת של טכנולוגיית סימון הלייזר, השכלול המתמשך של ציוד סימון הלייזר, והעמקת ההבנה של השוק בטכניקה החדשה הזו-ובעיקר בשל יתרונותיה המובהקים, טכנולוגיית סימון הלייזר זכתה ליישום נרחב יותר ויותר בעולם. יש לציין, כאשר התאגיד האמריקאי הנודע אינטל השיק את הדור החדש של שבבי מעבד מחשבים-Pentium, Pentium Pro ו-Pentium MMX-הוא השתמש בטכנולוגיית סימון לייזר כדי לרשום סימונים על פני השטח של כל שבב בודד.
3 סיווג מכונות סימון לייזר
כיצד מושג סימון לייזר? באופן כללי, סימון הלייזר מתבצע תחת בקרת מחשב על ידי יצירת תנועה יחסית בין חומר העבודה לקרן הלייזר; זה גורם לקרן הלייזר לבטל את הסמלים והתבניות הרצויות על פני השטח של חומר העבודה. תיאורטית, כל עוד ניתן ליצור תנועה יחסית מבוקרת בין הלייזר לחומר העבודה, ניתן לממש סימון לייזר. כתוצאה מכך, התחום הנוכחי של סימון לייזר כולל מגוון רחב של מכונות סימון לייזר.
בהתבסס על השאלה אם קרן הלייזר נייחת או בתנועה, ניתן לסווג את מכונות סימון הלייזר לשני סוגים: מערכות קרן- קבועות ומערכות קרן- נעות. כפי שהשמות מרמזים, הראשון כולל קרן לייזר נייחת עם חומר עבודה נע, בעוד שהאחרון כולל קרן לייזר נעה עם חומר עבודה נייח. מכונות סימון לייזר בקרן- קבועה משתמשות בדרך כלל בשולחן עבודה דו-מימדי-נשלט CNC- כדי לתפעל את חומר העבודה המסומן. היתרון העיקרי שלהם הוא העלות הנמוכה יחסית שלהם; עם זאת, חסרונותיהם ניכרים באותה מידה: מהירויות סימון איטיות, דיוק סימון נמוך יותר, קושי בסימון תכנים מורכבים כגון תצלומים והאתגר של שילובם בפסי ייצור מקוונים. ניתן לחלק עוד יותר את מכונות הסימון של קרן לייזר- לסוגים שונים בהתבסס על השיטה הספציפית של מניפולציה של קרן; בעוד שלכל אחת יש את היתרונות והחסרונות הייחודיים שלה, מערכות אלומה נעות בדרך כלל עולות על מערכות אלומה קבועות.{11} בין מערכות אלומה נעות-, מכונת סימון הלייזר המבוססת על-גלונומטר בולטת כדוגמה מובילה. נכון לעכשיו, ידוע ברבים בקהילת סימון הלייזר הבינלאומית שבין מגוון המכונות הזמינות, המערכת המבוססת-גלוונומטר-בזכות יתרונותיה הרבים-הופיעה כמוצר המיינסטרים ונחשבת לכיוון הסופי של טכנולוגיית סימון הלייזר לעתיד.
בהתבסס על סוג מקור האור המופעל, מכונות סימון לייזר יכולות להיות מסווגות גם למכונות סימון לייזר YAG ומכונות לייזר CO2; שני מקורות האור הנבדלים הללו מתאימים לסימון סוגים שונים של חומרים. בשל הבדלים באורך הגל, מכונות סימון לייזר בגז CO2 מוגבלות לסימון חומרים לא-מתכתיים, בעוד שמכונות לייזר מוצקות- של YAG מסוגלות לסמן חומרים לא-מתכתיים וגם מתכתיים. החומרים המתכלים העיקריים עבור מכונת סימון לייזר גז CO2 הם תערובת הגז או צינורות לייזר חלופיים; בנוסף, עדשות גרמניום הן רכיבי בלאי-ו-בלאי שגובהם מחיר גבוה יחסית. לעומת זאת, החומר המתכלה העיקרי עבור מכונת סימון לייזר מוצק - של YAG הוא מנורת המשאבה (לייזרים מפעימים משתמשים במנורות קסנון, בעוד שלייזרי גל רציפים- משתמשים במנורות קריפטון), וזה זול. בשנים האחרונות, מונעת על ידי ירידה במחיר של לייזרים מוליכים למחצה, צץ סוג חדש של טכנולוגיית לייזר: גבישי לייזר שאובים-למחצה (כגון YAG), אשר מייצרים קרן לייזר באורך גל של 1064 ננומטר. מערכות אלו מתאפיינות בתוחלת חיים תפעולית-ללא תחזוקה של 10,000 שעות, טביעת רגל קומפקטית ו-בניגוד למערכות מסורתיות-אינן דורשות תשתית קירור-בקנה מידה גדול. Daheng Laser (סין) הייתה חלוצה בשוק המקומי, ופיתחה בהצלחה את מכונת סימון הלייזר YVO4 הנשאבת-למחצה הראשונה; טכנולוגיה זו הגיעה לסטנדרט בינלאומי מתקדם ומאז הפכה למוצר מתוקנן ומבוסס.
4 מבחר מכונות סימון לייזר
מערכות סימון לייזר מנצלות אנרגיית לייזר ליצירת סימנים על מצע; עם זאת, ההשפעות בפועל עשויות להשתנות באופן דרסטי, בהתאם לגורמים כגון סוג הלייזר המופעל והמאפיינים המובנים של חומר המצע. לדוגמה, לייזרים רציפים של- CO2 יוצרים בדרך כלל סימנים באמצעות אבלציה משטח (תחריט); לייזר גז בלחץ אטמוספירי -פועם פועם רוחבי (TEA) משיגים סימון באמצעות פחמול; לייזרים אקסימר מסתמכים על תגובות פוטוכימיות; בעוד שלייזרי Nd:YAG משתמשים בשיטות תגובה תרמוכימיות.
כל יישום ספציפי מציג סט ייחודי של דרישות ביצועים; כתוצאה מכך, הבחירה של מערכת לייזר לא יכולה להתבצע באופן שרירותי. עבור מעצבים של מערכות סימון לייזר, האתגר הקריטי טמון בבחירת אורך הגל והתצורה האופטית המתאימים ביותר של הלייזר עבור כל חומר מצע נתון כדי להבטיח יצירת סימן איכותי ואידיאלי-. המפתח לסימון לייזר מוצלח טמון ביישום קפדני של מתודולוגיית "6-Sigma". לדוגמה, בהקשר של סימון פלסטי, על המעצבים לנתח ביסודיות הן את ההרכב הכימי של החומר והן את תהליך היציקה שלו כדי להבטיח פיזור אחיד של תוספים וכדי להקל על שילוב מקיף של טכנולוגיות בקרת איכות – כגון מערכות ראיית מכונה.
מערכות לייזר Nd:YAG ו-CO2 הניתנות לכיוון קרן- נותרו, עד כה, הפתרונות האידיאליים ביותר ליישומי סימון לייזר. ניתן למצוא המחשה של התצורה הפיזית של מכונת סימון לייזר Nd:YAG באיור 3. מערכת טיפוסית משתמשת בזוג מראות סריקה כדי לכוון את קרן הלייזר, מכוונת אותה דרך מערכת עדשות אובייקטיביות כדי להתמקד במדויק על פני המטרה; מראות אלו מבצעות את תנועות הסריקה שלהן בהתאם לפקודות שמונפקות על ידי מחשב הבקרה. לייזרים אחרים-כגון לייזרים אטמוספריים-מתרגשים לרוחב-משתמשים בסימון מסכות, בעוד שמערכות סימון מטריצות בלייזר CO2- תופסות גם הן מקום בתעשיית הסימון.
