Tipos de marcado y grabado láser

El término «marcado por láser» hace referencia al marcado permanente de todo tipo de piezas de trabajo con un marcador láser, independientemente de la profundidad de marcado/grabado. A continuación encontrará un resumen de los distintos tipos. Los procesos de marcado individuales que pueden generarse con láseres de CO₂ y láseres de infrarrojo cercano son: Grabado láser mediante

• ablación
• recocido
• espumado
• y cambio de color.

Dependiendo del material y el área de aplicación, uno de los 4 procesos puede generar marcas que tengan una o más de las siguientes características:

• duraderas - mecánica, térmica y químicamente resistentes
• pequeñas - marcas ocultas
• difíciles de imitar - protección contra el plagio

Marcado de matriz de datos en una pieza de trabajo de aluminio moldeado, el aluminio se oscureció por medio de pulsos cortos, en el segundo paso se pulió la matriz inversa, es decir, se coloreó más claro para aumentar aún más el contraste

Estas características de marcado también proporcionan información sobre las áreas de aplicación: Los componentes relevantes para la seguridad (por ejemplo, para vehículos) a menudo tienen que ser rastreables debido a las regulaciones legales. De esta manera, si hay una acumulación de errores en un lote, dicho lote se puede reemplazar selectivamente (por ejemplo, en el curso de un retiro del mercado). En el caso de los productos que a menudo son falsificados (por ejemplo, relojes, gafas de sol, etc.), gracias al marcado con láser se pueden detectar fácilmente los ejemplares plagiados.

Mediante el marcado con láser pueden aplicarse de manera indeleble a los materiales textos, logotipos, números de serie o códigos QR resistentes a la abrasión.

Las marcas láser también se pueden aplicar funcionalmente a un producto, por ejemplo, marcas de escala en los calibres deslizantes. Existen áreas de aplicación para el grabado que usted puede ver incluso cuando esté al volante de su automóvil: a saber, los controles que se iluminan por la noche.

El aumento de la temperatura inducido por el láser lleva a la vaporización de material en el foco del láser. Esto sucede dentro de un período muy inferior a un milisegundo. Para pulsos cortos (nanosegundos o más cortos), este proceso también se conoce como ablación. Sin embargo, el material circundante se calienta relativamente poco. La profundidad del grabado depende esencialmente de la potencia del láser, la velocidad de marcado y el material. La profundidad del grabado es de unos pocos micrones a aproximadamente un milímetro (por ejemplo, el grabado con un láser de CO2 a alta potencia y baja velocidad de avance). Si los materiales con una temperatura de vaporización alta (por ejemplo, metales) deben grabarse en profundidad, la misma marca puede grabarse con láser varias veces: la profundidad de grabado aumenta con cada pasada. La eliminación del grabado solo es posible mediante desbaste o fresado.

El método es básicamente idéntico al grabado láser, pero con la diferencia de que el grabado profundo requiere varias pasadas. Este método a menudo se usa en piezas de trabajo de metal o cerámica y se optimiza en tiempo o en calidad. Con el método de tiempo optimizado, el grabado se produce lo más rápido posible. Esto se usa para, por ejemplo, números de serie que solo necesitan ser legibles pero no son estéticamente agradables. Sin embargo, con el método de calidad optimizada, los parámetros del láser se eligen para que la profundidad de grabado deseada se logre con la mejor calidad. Este método se usa a menudo para marcas funcionales.

En el marcado láser por eliminación, una capa superior previamente aplicada, como pintura o recubrimiento anódico, es eliminada parcialmente mediante el láser para exponer el color real subyacente de un componente. La eliminación es adecuada para piezas metálicas recubiertas, pero también se usa ampliamente para plásticos. Particularmente en la industria automotriz, la eliminación por láser a menudo se usa para realizar el llamado "diseño de día/noche" de interruptores o diales de control. Para este propósito, primero se proporciona un plástico translúcido (transparente) con una capa de pintura. La marca deseada (texto o icono) queda luego expuesta usando un láser. En la oscuridad, la luz de fondo puede iluminar la marca.

El marcado por recocido es un método que se limita exclusivamente a metales, más precisamente, aleaciones con hierro y al menos bajo contenido de carbono. Aquí, la acción del calor y el oxígeno y la difusión de los componentes de la aleación cambia el color del metal en la capa superior. La temperatura inducida por láser tiene valores típicos en el rango de 220 °C - 500 °C, sigue siendo inferior a la temperatura de fusión de la aleación. Los colores de recocido se encuentran en la vida cotidiana, por ejemplo, en manifolds de escape en motocicletas, que a menudo presentan una coloración violeta-dorada. El proceso de coloración es el mismo, ya que el valor de temperatura típico de los gases de escape de un motor de cuatro tiempos es de aproximadamente 300 °C.

La gran ventaja de este método es que no se produce eliminación de material. O sea, se conservan la integridad mecánica y, en gran medida, las propiedades químicas (por ejemplo, la inhibición de la oxidación). Al mismo tiempo, el marcado también es extremadamente duradero, siempre que el componente no alcance las temperaturas antes mencionadas durante el uso posterior.

Este método se utiliza principalmente para el marcado láser de plásticos. Debido al aumento de temperatura inducido por láser (pero siempre inferior a la temperatura de vaporización del material), se emiten componentes volátiles como hidrógeno, oxígeno, nitrógeno. Esto aumenta la concentración de carbono en la zona procesada por láser. El carbono puro (como grafito) es gris oscuro/negro, al igual que la marca producida. Como casi no se produce eliminación de material, se conservan las propiedades mecánicas. Como analogía, se puede decir que el cambio de color en los plásticos produce marcas similares a las del marcado por recocido en los metales. Con la restricción de que las marcas de cambio de color son siempre oscuras.

Marcado mediante cambio de color en un componente plástico, el marcado es resistente a la abrasión, resiste agentes de limpieza, aceite, bases y ácidos débiles.

Un método de marcado mediante láser, que a menudo funciona con plásticos, es el denominado espumado. Este método se puede usar con todos los materiales que pueden fundirse. El láser calienta el material a una temperatura superior a la de fusión pero inferior a la temperatura de vaporización. La masa fundida resultante comienza a hervir, lo que significa que se forman cavidades ("burbujas"), como ocurre con el agua en una cacerola. Dado que la re-solidificación de la masa fundida tiene lugar muy rápidamente después de finalizar el pulso láser, las burbujas ya no pueden escapar de la masa fundida. Esto crea un aumento en el volumen: se generan marcas espumadas, sin impresiones. Las pequeñas inclusiones crean luz dispersa, es decir, las marcas espumadas siempre son claras.

Aquí se muestran diferentes procesos de marcado. Tienen algo en común: un efecto térmico. Esto vale casi siempre para todos los láseres de CO2 y para todos los láseres de infrarrojo cercano (Nd:YAG, Nd:YVO, láseres de fibra) en el rango de nanosegundos.

 ABLACIÓN: Vaporización de material con alta potencia y pulsos cortos para un volumen de interacción definido con precisión.

 RECOCIDO en metales: con intensidad moderada - (aumento) de oxidación y difusión debido a la temperatura.

ESPUMADO de polímeros mediante fusión y ebullición. La masa fundida solidificada tiene un aumento de volumen.

Cambio de color en polímeros por aumento de temperatura inducido por láser y desgasificación de moléculas gaseosas o vapor (alto pico de potencia, baja energía)

La otra cosa que todos los métodos tienen en común es la posibilidad de un marcado duradero, resistente a la abrasión, química y térmicamente resistente. El marcado directo de componentes (es decir, dejar de usar etiquetas) reduce los costos de funcionamiento y resuelve los problemas de las etiquetas con adhesividad deficiente. El umbral para la falsificación de productos se eleva (por lo menos) significativamente porque el plagiador necesita el mismo láser (con la misma óptica) y un conjunto de parámetros idéntico.