7 преимуществ станков для маркировки волоконным лазером

Маркировка волоконным лазером стала широко используемым решением для постоянной идентификации, отслеживания, кодирования и гравировки на промышленных деталях. От автомобильных компонентов и электронного оборудования до инструментов, медицинского оборудования и металлических табличек — машины для маркировки волоконным лазером сочетают в себе точность, скорость, долговечность и относительно простое обслуживание в одной системе маркировки.

Их преимущества во многом обусловлены архитектурой волоконного лазера. Лазерная энергия генерируется и передается через оптическое волокно, создавая концентрированный луч, который может создавать тонкие, стойкие метки без физического контакта с заготовкой.

Но почему производители выбирают маркировку волоконным лазером вместо CO2, традиционных твердотельных или прямых диодных систем?

В этом руководстве объясняются семь основных преимуществ машин для маркировки волоконным лазером, сравниваются их с другими лазерными технологиями и обсуждается, как добиться максимальной производительности от системы маркировки волоконным лазером.

1. Что такое волоконная лазерная маркировочная машина?

Машина для маркировки волоконным лазером — это бесконтактная система маркировки, в которой используется источник волоконного лазера для генерации сфокусированного лазерного луча. В обычных системах промышленной маркировки лазерный луч направляется через систему сканирования гальванометра и линзу поля на заготовку.

Большинство систем маркировки промышленных волокон работают на длине волны 1064 нм, что особенно подходит для обработки металлов и некоторых пластмасс. В зависимости от материала и настроек параметров волоконный лазер может использоваться для:

• Серийные номера

• Штрих-коды

• QR-коды

• Коды матрицы данных

• Логотипы продуктов

• Номера деталей

• Идентификационный текст

• Информация о отслеживании

• Гравировка поверхности

• Декоративные узоры

В отличие от механической маркировки, лазеру не требуется режущий инструмент или маркировочный штифт для контакта с заготовкой. Это снижает износ инструмента и упрощает создание высококачественной графики и переменной информации. HBS предлагает различные машины для лазерной маркировки , включая конфигурации с оптоволокном, MOPA, УФ и CO2 для различных материалов и производственных требований. В частности, для металлических компонентов настольный волоконный лазерный маркер можно использовать для нанесения на нержавеющую сталь, драгоценные металлы, отдельные пластмассы, идентификационные коды, логотипы и другую постоянную маркировку.

2. 7 основных преимуществ выбора маркировочной машины для волоконного лазера

1. Точность и качество луча

Одним из основных преимуществ волоконных лазерных маркираторов является их способность концентрировать лазерную энергию в небольшом контролируемом пятне. Хорошее качество луча помогает обеспечить:

• Тонкие линии

• Маленькие персонажи

• Подробные логотипы

• QR-коды высокой плотности

• Коды матрицы данных

• Острые края

• Повторяемые позиции маркировки

Это особенно важно, когда доступная площадь маркировки ограничена. Электронным компонентам, прецизионным инструментам, подшипникам, медицинским инструментам, автомобильным деталям и небольшим металлическим компонентам может потребоваться большой объем отслеживаемой информации на относительно небольшой площади поверхности. Механический метод маркировки может быть ограничен диаметром штифта или физическим перемещением инструмента. Вместо этого волоконный лазер может сканировать требуемый дизайн оптически и воспроизводить сложную информацию, не контактируя с поверхностью. Хороший контроль луча также полезен при создании глубокой гравировки или высококонтрастных отметок на поверхности. Однако фактический результат зависит не только от лазерного источника. Состав материала, положение фокуса, мощность лазера, частота, скорость маркировки, расстояние между штрихами, характеристики импульса и выбор полевой линзы — все это влияет на конечное качество. Для применений, требующих более гибкого управления импульсами, производители могут также рассмотреть вариант волоконного лазерного маркера MOPA . Технология MOPA обеспечивает больший контроль над параметрами импульса и может быть полезна для таких применений, как высококонтрастная маркировка и цветовые эффекты на подходящих поверхностях из нержавеющей стали.

2. Энергоэффективность

Потребление энергии является важным фактором для производственного оборудования, которое может работать несколько смен в день. Волоконные лазерные системы обычно предназначены для эффективного преобразования входного электрического тока в выходной сигнал лазера по сравнению со многими традиционными лазерными архитектурами. Такая эффективность дает несколько практических преимуществ:

• Меньше электроэнергии тратится в виде тепла.

• Требования к охлаждению могут быть проще для многих стандартных систем маркировки.

• Эксплуатационные затраты могут быть снижены в течение длительного периода производства.

• Компактные конфигурации с воздушным охлаждением возможны для многих приложений маркировки малой и средней мощности.

Для производителя, время от времени использующего одну машину, потребление энергии может не быть самым большим фактором затрат. Однако разница становится более важной, когда на производственных линиях непрерывно работают несколько маркировочных станций. Энергоэффективность по-прежнему следует учитывать вместе со скоростью маркировки, временем цикла, требованиями к техническому обслуживанию и производительностью. Машина, которая потребляет немного меньше электроэнергии, но обрабатывает детали слишком медленно, может не обеспечить максимальную общую эффективность производства. Поэтому правильная оценка должна быть сосредоточена на энергии, потребляемой на каждую приемлемо маркированную деталь , а не только на потреблении электроэнергии.

3. Универсальность

Волоконные лазеры особенно полезны, поскольку одна машина может удовлетворить множество распространенных требований промышленной маркировки металлов. Типичные материалы включают в себя:

• Нержавеющая сталь

• Углеродистая сталь

• Алюминий

• Медные сплавы

• Латунь

• Титан

• Золото

• Серебро

• Металлы с покрытием

• Анодированные поверхности

• Некоторые инженерные пластики

Таким образом, одна волоконная лазерная система может поддерживать несколько семейств продукции на одном заводе. Операторы могут изменять содержание маркировки с помощью программного обеспечения вместо замены физического штампа, штампа или печатной формы. Например, та же система может маркировать:

• Одна партия с серийными номерами

• Еще одна партия с QR-кодами

• Третья партия с логотипами компании.

• Разные номера моделей для разных производственных циклов

Такая гибкость ценна для производителей, занимающихся смешанным производством или частой сменой продукции. Волоконные лазерные системы также могут быть сконфигурированы для машин различных форматов. Автономный блок может подходить для ручной загрузки, тогда как онлайн-машина для маркировки волоконным лазером с портом ввода-вывода может взаимодействовать с предшествующим оборудованием управления и быть включена в автоматизированную производственную линию.

Однако маркировка волоконным лазером не универсальна. Для органических материалов, таких как дерево, кожа, бумага и многие неметаллические изделия, лазер CO2 может оказаться более подходящим. Вместо этого для термочувствительных материалов может потребоваться УФ-маркировка. Поэтому испытания материалов должны оставаться частью выбора оборудования.

4. Компактный дизайн

Еще одним преимуществом технологии волоконного лазера является то, что лазерный источник и система подачи луча могут быть интегрированы в относительно компактное оборудование. По сравнению с некоторыми более старыми лазерными архитектурами, волоконные системы не требуют длинного внешнего оптического пути с многочисленными компонентами, чувствительными к юстировке. Это позволяет производителям создавать машины таких форматов, как:

• Настольные системы

• Настольные системы

• Портативные конфигурации

• Закрытые рабочие станции

• Маркировочные головки для производственных линий

• Многостанционные системы

• Индивидуальные системы автоматизации

Меньшая площадь оборудования полезна, когда производственное пространство ограничено. Это также может упростить интеграцию в существующую линию, поскольку производителям не всегда нужно перепроектировать всю производственную зону вокруг маркировочного оборудования. Компактный дизайн не означает, что каждая система маркировки волокон физически мала. Система, предназначенная для крупногабаритных компонентов, автоматической загрузки, ротационной маркировки, визуального позиционирования или нескольких рабочих станций, все равно может требовать значительной площади. Преимущество заключается в том, что архитектура основного волоконного лазера дает разработчикам машин значительную гибкость в настройке всей маркировочной станции.

5. Высокая выходная мощность

При обсуждении мощности важно различать среднюю мощность лазера и плотность мощности, подаваемую на заготовку . Промышленные станки для маркировки волоконным лазером обычно потребляют относительно скромную среднюю мощность по сравнению с оборудованием для резки волоконным лазером. Однако луч можно сфокусировать в очень маленькое пятно, создавая высокую плотность мощности на маркировочной поверхности. Эта концентрированная энергия делает волоконные лазеры эффективными для:

• Быстрая маркировка металла

• Гравировка поверхности

• Глубокая гравировка при правильной настройке

• Модификация оксидного слоя

• Удаление покрытия

• Высококонтрастная идентификация

Более высокая мощность лазера может быть полезна, когда требуется большая глубина гравировки или более быстрая обработка, но выбор максимально доступной мощности не всегда является правильным подходом. Для точной маркировки подходящая система с меньшим энергопотреблением уже может обеспечить отличные результаты. При выборе машины следует учитывать:

• Материал

• Требуемая глубина разметки

• Область маркировки

• Время цикла

• Размер символа

• Чистота поверхности

• Объем производства

• Желаемый контраст

Сочетание мощности лазера, качества луча, скорости сканирования, параметров импульса и оптической конфигурации в конечном итоге определяет эффективность маркировки.

6. Надежность и низкие эксплуатационные расходы.

Промышленное оборудование создает ценность только тогда, когда оно доступно для производства. Волоконные лазерные системы стали популярными отчасти потому, что их твердотельная архитектура требует относительно небольшого количества рутинного обслуживания. Обычно нет печатных красок, гравировальных инструментов или маркировочных штифтов, которые необходимо заменять в ходе каждого производственного цикла. Регулярное техническое обслуживание обычно фокусируется на таких областях, как:

• Поддержание полевой линзы в чистоте

• Поддержание правильной вентиляции

• Проверка электрических соединений

• поддержание рабочего места в чистоте от пыли

• Резервное копирование параметров маркировки

• Обслуживание промышленного компьютера

• Проверка фокусировки и компонентов оптической защиты

Отсутствие частой замены расходных материалов может сократить перерывы в работе по сравнению с методами маркировки, которые зависят от чернильных картриджей, химических жидкостей, физических штампов или режущих инструментов. По-прежнему неверно называть волоконный лазер полностью необслуживаемым. Полевая линза может загрязниться. Системы охлаждения и вентиляции требуют проверки. Компьютеры, гальванометры, электрические компоненты и лазерные источники должны эксплуатироваться правильно. Хорошие методы технического обслуживания остаются важными для долгосрочной стабильности. Поэтому менеджерам производства, сравнивающим оборудование, надежность следует оценивать с точки зрения планового технического обслуживания, замены компонентов, ожидаемого времени простоя, сервисной поддержки и операционной среды , а не просто спрашивать, требуется ли техническое обслуживание.

7. Экономическая эффективность

Стоимость покупки волоконного лазерного маркиратора составляет лишь часть его общей стоимости. Для промышленных пользователей лучшим расчетом является общая стоимость владения за ожидаемый период производства. Соответствующие затраты включают в себя:

• Первоначальные инвестиции в машину

• Электричество

• Расходные материалы

• Обслуживание

• Труд

• Время простоя

• Замена инструмента

• Скорость маркировки

• Процент отклонений

• Стоимость интеграции

Волоконные лазеры могут быть экономически эффективными, поскольку они сочетают в себе высокую скорость маркировки с ограниченным количеством расходных материалов и относительно низкими требованиями к техническому обслуживанию. Возможность изменения файлов цифровой маркировки также снижает затраты, связанные с созданием новых физических штампов, трафаретов, форм или печатных форм при изменении информации о продукте. Это особенно полезно, когда производители часто меняют:

• Серийные номера

• Даты производства

• Номера партий

• QR-коды

• Модели продукта

• Логотипы клиентов

Чем чаще меняется информация о маркировке, тем более ценной может стать маркировка, управляемая программным обеспечением. Маркировка волокон также может поддерживать автоматизацию. Когда система маркировки подключена к датчикам, ПЛК, конвейерам, роботам, камерам или системам баз данных, можно применять переменную идентификацию без создания вручную нового шаблона маркировки для каждой отдельной детали. Для производителей, оценивающих несколько конфигураций, HBS линейка машин для лазерной маркировки включает в себя оптоволоконные, MOPA, CO2 и УФ-системы для различных промышленных применений.

3. Чем волоконные лазерные маркираторы отличаются от других лазеров

Ни одна лазерная технология не идеальна для каждого материала. Понимание различий помогает избежать выбора машины, основываясь только на мощности или цене.

Волоконный лазер против CO2-лазера

Волоконные и CO2-лазеры рассчитаны на разные длины волн и поэтому по-разному взаимодействуют с материалами. Машины для маркировки волоконным лазером обычно выбираются для:

• Металлы

• Металлы с покрытием

• Анодированный алюминий

• Отборные пластмассы

• Промышленные компоненты

• Приложения для отслеживания металлов

Системы маркировки CO2 чаще выбирают для таких материалов, как:

• Древесина

• Бумага

• Кожа

• Бамбук

• Резина

• Некоторые пластмассы

• Другие органические или неметаллические материалы.

Например, HBS предлагает полностью закрытую машину для маркировки лазером CO2, предназначенную для маркировки неметаллических материалов. Поэтому вопрос не должен быть простым: «Является ли волокно лучше, чем CO2?» Лучше спросить: «Какая длина волны эффективно поглощается материалом, который мне нужно маркировать?»

Если основные производственные требования включают постоянное кодирование стальных или алюминиевых деталей, оптоволокно часто является более подходящим выбором.

Если производственные требования в основном связаны с древесиной, бумагой, кожей или аналогичными неметаллическими материалами, CO2 может быть лучшим решением.

Волоконный лазер против объемного твердотельного лазера

«Объемный лазер» в этом сравнении обычно относится к традиционным твердотельным лазерным архитектурам, в которых активной лазерной средой является объемный кристалл, стержень или пластина, а не легированное оптическое волокно. Обе технологии могут использоваться для промышленной лазерной обработки, но их оптическая архитектура различается. Волоконный лазер удерживает энергию лазера в основном внутри оптического волокна, что дает такие практические преимущества, как:

• Компактная конструкция

• Стабильная доставка луча

• Уменьшенное внешнее оптическое выравнивание

• Хорошая теплоотдача

• Высокий электрический КПД

• Более простая интеграция в компактные системы маркировки

Традиционные объемные твердотельные системы по-прежнему могут быть эффективными и полезными для приложений, требующих определенных длин волн, характеристик импульса или условий обработки. Поэтому выбор зависит от конкретного лазерного процесса. Компактная архитектура и рабочие характеристики оптоволоконной технологии делают ее особенно практичной для современных маркировочных станций, что позволяет выполнять стандартную промышленную идентификацию и отслеживание металлов.

Волоконный лазер против прямого диодного лазера

Диодные лазеры прямого действия генерируют полезный обрабатывающий свет непосредственно из полупроводниковых лазерных диодов вместо использования выходного сигнала диода для накачки отдельной волоконной усиливающей среды. Системы с прямыми диодами могут обеспечить высокий электрический КПД и компактную конструкцию.

Однако характеристики луча являются важным отличием. Архитектура волоконного лазера может обеспечить очень хорошее качество луча и позволить сконцентрировать лазерную энергию в небольшом пятне, что очень ценно для точной маркировки и детальной гравировки. Диодные лазеры прямого действия широко используются в других промышленных процессах, особенно там, где выгодны более широкие лучи или высокая эффективность преобразования. Для точной идентификации продукта преимущества волоконного лазера обычно включают в себя:

• Меньшее сфокусированное пятно

• Прекрасное воспроизведение функций

• Высокая плотность отметок

• Высокая пригодность для маркировки металла.

• Надежное сканирование с помощью гальванометрических систем

Правильная технология по-прежнему зависит от применения. Покупатель должен сравнить длину волны, качество луча, размер пятна, выходную мощность, импульсный режим, скорость маркировки и поглощение материала, а не выбирать исключительно по названию лазерного источника.

4. Часто задаваемые вопросы о машинах для маркировки волоконным лазером

Какие материалы может маркировать волоконный лазерный маркиратор?

Волоконные лазеры широко используются для обработки таких металлов, как нержавеющая сталь, углеродистая сталь, алюминий, латунь, медные сплавы, титан, золото и серебро. Они также могут маркировать некоторые пластмассы и материалы с покрытием. Фактические результаты зависят от состава материала и обработки поверхности, поэтому перед окончательным выбором машины рекомендуется провести выборочные испытания.

Подходят ли волоконные лазерные маркираторы для пластика?

Некоторые пластмассы очень хорошо реагируют на волоконные лазеры с длиной волны 1064 нм, а другие нет. В зависимости от полимера и добавок лазер может создать темную или светлую метку, эффект вспенивания или изменение поверхности. Для высокотермочувствительных пластмасс или материалов, требующих очень низкого теплового воздействия, УФ-лазер может оказаться более подходящим.

Могут ли волоконные лазеры создавать постоянные метки?

Да. Волоконные лазеры могут создавать постоянные изменения поверхности или гравировку на подходящих материалах. Это делает их полезными для отслеживания информации, такой как серийные номера, QR-коды, штрих-коды и номера деталей, которые должны оставаться читаемыми в течение жизненного цикла продукта.

Может ли волоконный лазер не только маркировать, но и гравировать?

Да, в зависимости от мощности лазера, материала, параметров и необходимой глубины. Маркировка поверхности направлена ​​на создание контраста или идентификации, в то время как более глубокая гравировка требует большего удаления материала и обычно более длительного времени обработки или нескольких проходов.

В чем разница между стандартным волоконным лазером и волоконным лазером MOPA?

Стандартный волоконный лазер подходит для многих распространенных задач маркировки и гравировки металлов. Волоконный лазер MOPA обеспечивает больший контроль над шириной импульса и другими характеристиками импульса. Это может обеспечить преимущества для специализированных применений, таких как определенные пластиковые маркировки, контролируемые поверхностные эффекты или цветовая маркировка на подходящей нержавеющей стали.

Какую мощность волоконного лазера выбрать?

Не существует единого уровня мощности, подходящего для каждой работы. Выбор зависит от:

• Материал

• Глубина маркировки

• Требуемая скорость

• Область маркировки

• Объем производства

• Подробные требования

• Обработка поверхности

Вместо того, чтобы покупать самую высокую доступную мощность, покупатели должны протестировать репрезентативные образцы, используя предполагаемые параметры маркировки.

Нужны ли расходные материалы для станков волоконной лазерной маркировки?

Сам лазер обычно не требует чернил, химикатов для печати или физических маркировочных штампов. Тем не менее, пользователям по-прежнему необходимо обслуживать обычные компоненты машины, такие как защитная оптика, вентиляционное оборудование, компьютеры и другие аксессуары, в соответствии с условиями эксплуатации.

Можно ли интегрировать волоконный лазер в автоматизированную производственную линию?

Да. В зависимости от конфигурации системы оборудование для маркировки волокон может обмениваться данными с ПЛК, компьютерами, датчиками, конвейерами, камерами и другим производственным оборудованием. HBS предлагает онлайн-систему маркировки волоконным лазером с интерфейсом ввода-вывода, предназначенную для интеграции в производственную линию.

5. Получите максимум от маркировки волоконным лазером

Приобретение подходящего лазерного источника — это только первый шаг. Стабильная маркировка зависит от всей системы и ее конфигурации.

Сопоставьте лазер с материалом

Всегда начинайте с материала. Сталь, алюминий, медь, пластик и компоненты с покрытием по-разному поглощают лазерную энергию. Не следует ожидать, что одни и те же параметры будут давать одинаковые результаты для каждого материала. Тестирование репрезентативных образцов помогает определить, является ли стандартное волокно, MOPA, УФ, CO2 или другая лазерная технология лучшим выбором.

Выберите правильную область маркировки

Выбор полевой линзы влияет как на площадь маркировки, так и на характеристики фокусируемого пятна. Линза с большим полем зрения обеспечивает более широкую рабочую зону, но покупатели должны учитывать взаимосвязь между диапазоном маркировки, требованиями к детализации и плотностью энергии. Не выбирайте автоматически максимально возможное поле. Выберите размер поля в зависимости от фактического компонента и содержимого маркировки.

Оптимизация параметров лазера

Важными параметрами могут быть:

• Власть

• Скорость

• Частота

• Ширина импульса, где можно регулировать

• Расстояние между штрихами

• Угол штриховки

• Количество проходов

• Положение фокуса

Оптимизация должна быть направлена ​​на получение требуемого контраста или глубины без ненужного тепловложения или времени обработки.

Держите заготовку в фокусе

Неправильное фокусное расстояние – одна из простейших причин плохого качества маркировки. Проверяйте фокус всякий раз, когда:

• Изменение высоты заготовки

• Установлен другой прибор

• Полевая линза заменена.

• Маркировка внезапно становится слабой или размытой

Используйте правильные приспособления

Последовательное позиционирование детали улучшает повторяемость. Светильники могут помочь контролировать:

• Место маркировки

• Ориентация детали

• Рабочая высота

• Пакетная загрузка

• Согласованность оператора

При крупносерийном производстве специальные инструменты, автоматическая загрузка или визуальное позиционирование могут обеспечить лучшую повторяемость, чем ручное размещение.

План интеграции производства

Для небольших партий может быть достаточно автономной настольной системы. Крупносерийным производителям следует также учитывать:

• Связь с ПЛК

• Сигналы ввода/вывода

• Интеграция конвейера

• Загрузка робота

• Считыватели штрих-кодов

• Машинное зрение

• Подключение к базе данных

• Автоматическое создание серийного номера

Ранний выбор правильной архитектуры системы может снизить необходимость в серьезных модификациях в дальнейшем.

Поддерживайте машину правильно

Содержите полевой объектив в чистоте, обеспечьте достаточную вентиляцию, защитите промышленный компьютер, создайте резервные копии важных параметров и соблюдайте правильную последовательность запуска и выключения. Регулярный осмотр помогает сохранить качество маркировки и сократить время простоев, которого можно избежать.

Заключение

Основные преимущества станков для маркировки волоконным лазером заключаются в сочетании точности, эффективной генерации лазера, совместимости материалов, компактной архитектуры, концентрированной мощности лазера, надежности и выгодных долгосрочных эксплуатационных затрат. Семь ключевых преимуществ:

1. Точность и качество луча для точной и повторяемой маркировки.

2. Энергоэффективность промышленного производства.

3. Универсальность при работе со многими металлами и некоторыми пластиками.

4. Компактный дизайн для автономных и интегрированных систем.

5. Высокая плотность мощности для быстрой маркировки и гравировки.

6. Надежность и низкие эксплуатационные расходы при ограниченном количестве расходных материалов.

7. Экономическая эффективность при долгосрочном производстве.

Однако волокно не является автоматически лучшим лазером для любого материала. CO2-лазеры по-прежнему лучше подходят для многих органических и неметаллических материалов, тогда как УФ-системы могут быть предпочтительнее для термочувствительных подложек. Оптоволоконная технология MOPA также обеспечивает дополнительное управление импульсами для специализированных приложений.

Поэтому лучший подход — оценить вместе материал заготовки, тип маркировки, необходимое время цикла, площадь маркировки, объем производства и требования к автоматизации.

Производителям, сравнивающим различные конфигурации, HBS предлагает решения для промышленной лазерной маркировки и системы волоконной лазерной маркировки для автономных рабочих станций, интеграции с производственной линией и индивидуальных приложений.