帶有激光印標(biāo)的裝飾性熱塑性塑料比十年以前的預(yù)期花費(fèi)了更長(zhǎng)的時(shí)間才得到人們的認(rèn)可。盡管如此，激光技術(shù)已經(jīng)在一些應(yīng)用中取代了油墨印標(biāo)技術(shù)(如壓印和噴墨印刷)。 目前所謂的“非美學(xué)”應(yīng)用估計(jì)占塑料激光印標(biāo)的90%。有的印標(biāo)用二氧化碳激光機(jī)制作,包括零件型號(hào)、制造日期以及有效期。通常這些印標(biāo)在透明或淺色背景上是黑色的字母和數(shù)字，或在黑色背景上是純白印標(biāo)?！懊缹W(xué)”激光印標(biāo)占市場(chǎng)的10%，在代替油墨技術(shù)方面有很大的發(fā)展?jié)摿?。這是黑色工程塑料上的典型白色印標(biāo)，用固態(tài)Nd∶YAG激光機(jī)印制，這種激光機(jī)很容易編程，適用于在任意形狀上的制品作清楚的印標(biāo)。 激光印標(biāo)已經(jīng)成功商業(yè)化的應(yīng)用包括商業(yè)機(jī)器用的ABS鍵盤(pán)、HDPE、PP、PET 和PVC 剛性容器和容器蓋;尼龍和PBT汽車(chē)和非汽車(chē)用電器連接件，發(fā)動(dòng)機(jī)罩元件如保險(xiǎn)盒和氣帽。還有其他的應(yīng)用，包括牛和豬用的TPE耳簽，電器件如清洗和干燥設(shè)備上的HDPE開(kāi)關(guān)按鈕，PVC管件如接頭和管件。 而剛開(kāi)始的應(yīng)用包括燈開(kāi)關(guān)蓋，化妝品包裝材料，汽車(chē)內(nèi)部按鈕和門(mén)把手、儀表板。在最近幾年，后者已經(jīng)成為一個(gè)重要的應(yīng)用市? ? 在最近十年，計(jì)算機(jī)程序化的激光印標(biāo)設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步伴隨著更多品種的可激光印標(biāo)樹(shù)脂的開(kāi)發(fā)，專(zhuān)門(mén)制作的著色劑和包裝用的添加劑可用于各種各樣的塑料中，如聚烯烴、ABS、PVC、聚酯、聚碳酸酯、尼龍、聚甲醛和熱塑性彈體。 現(xiàn)在的激光印標(biāo)塑料對(duì)比度高，有時(shí)，與其說(shuō)是黑色與白色，不如說(shuō)是一個(gè)對(duì)比的色彩。甚至濃暗對(duì)比度也成為可能。據(jù)塑料激光設(shè)備的主要供應(yīng)商Rofin-Baasel的市場(chǎng)經(jīng)理Patrick Schlather介紹，這些色彩變化多樣，是流行趨勢(shì)之一，這種趨勢(shì)正使人們對(duì)激光裝飾塑料產(chǎn)生更大的興趣。 激光印標(biāo)的應(yīng)用包括燈開(kāi)關(guān)蓋，化妝品包裝材料，汽車(chē)內(nèi)部按鈕和門(mén)把手、儀表板。在最近幾年，后者已經(jīng)成為一個(gè)重要的應(yīng)用市場(chǎng)，同時(shí)也滿(mǎn)足了在甚至更小的塑料制件上印制大量數(shù)據(jù)的發(fā)展需要。例如，數(shù)據(jù)密度10倍于傳統(tǒng)條形碼的二維條形碼已經(jīng)被研究出來(lái)。與以前使用的條形碼相比，印制二維條形碼要求更精確，清晰度更高。據(jù)Schlather介紹，激光印標(biāo)滿(mǎn)足了這些要求，在0.001英寸的范圍內(nèi), 點(diǎn)的尺寸和位置可以重復(fù) — 這些性能是壓印或油墨印刷機(jī)難以實(shí)現(xiàn)的。 環(huán)境問(wèn)題是激光印標(biāo)發(fā)展的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)力。激光印標(biāo)不用油墨或溶劑，也不需用像油墨印標(biāo)技術(shù)那樣的高強(qiáng)度能量干燥過(guò)程。Schlather說(shuō)，對(duì)一個(gè)三班倒的印標(biāo)生產(chǎn)來(lái)講，油墨和化學(xué)品花費(fèi)在20000～40000美元，而印制盤(pán)子要花費(fèi)100000美元/每年或更多。而相比之下，一臺(tái)三班倒的激光印標(biāo)設(shè)備每年用電花費(fèi)少于3000美元，其他的消耗如燈管和過(guò)濾器花費(fèi)在3500美元以下。 印標(biāo)設(shè)備基礎(chǔ) 盡管現(xiàn)有的用于裝飾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廣泛的，其次是燈管泵送的固態(tài)Nd∶YAG激光器和近年來(lái)的二極管泵送的Nd∶YAG器。 大多數(shù)激光設(shè)備都采用高速光束控制的檢流計(jì)印標(biāo)技術(shù)。這種控制設(shè)備用兩臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的可以在X或Y方向移動(dòng)的鏡子或檢流計(jì)掃描激光光束?！爱?dāng)編好程序的 激光路徑完成時(shí)，新的制件入位，重復(fù)著這種循環(huán)。由于激光模式完全存在于軟件之中，因此工具或蒙片都不需要了。” 允許帶有旋轉(zhuǎn)光束控制的塑料印標(biāo)的軟件也有好幾家激光設(shè)備供應(yīng)商供應(yīng)。這種設(shè)備本質(zhì)上是采用相同的技術(shù)，但適用于連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的生產(chǎn)如輸送帶或基材轉(zhuǎn)換，Barbero解釋到，“這種設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是它能夠被很容易地改裝到現(xiàn)有的生產(chǎn)線(xiàn)，使生產(chǎn)率達(dá)到最大值。編碼反饋給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，實(shí)時(shí)跟蹤移動(dòng)的目標(biāo)。”Schlather接著說(shuō)道，“目前的設(shè)備采用簡(jiǎn)單明了的圖形生成軟件，這種軟件很容易編好程序，在各個(gè)和每個(gè)旋轉(zhuǎn)的制件上印制單一的數(shù)據(jù)。” 近幾年來(lái)，激光印標(biāo)的程序化、標(biāo)準(zhǔn)化和排除故障性能更容易了，印標(biāo)速度也得到很大提高。Barbero說(shuō)，“當(dāng)今的軟件適用于每秒鐘超過(guò)400個(gè)字的印制，而10年前每秒鐘只能印制40個(gè)?！贝蠖鄶?shù)激光機(jī)軟件有能力印制串行和多型號(hào)的條形碼以及任意型號(hào)(包括公司標(biāo)志)的文本。用Window基的“幫助”選項(xiàng)，激光印標(biāo)供應(yīng)商增加了服務(wù)和標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)以及故障清除軟件。 另一項(xiàng)進(jìn)展是用一種激光光源可以同步印制兩個(gè)制件。外加一種變形頭和一臺(tái)程序化的光束分離器，用相同的信息，一臺(tái)激光機(jī)可同時(shí)印制兩個(gè)零件。Schlather指出，這種類(lèi)型的設(shè)備可用于不移動(dòng)制件的較大面積或大量制件的印制。 在不斷流行的二氧化碳激光設(shè)備方面費(fèi)用是一個(gè)關(guān)鍵因素。一整套二氧化碳交鑰匙設(shè)備售價(jià)在25000～35000美元之間，而一臺(tái)電子管泵送或二極管泵送的Nd∶YAG設(shè)備售價(jià)在60000～75000美元之間。二氧化碳激光機(jī)蝕刻塑料表面，通過(guò)蒸發(fā)清理材料，得到的是對(duì)比的印標(biāo)，但很少或幾乎沒(méi)有真正的顏色變化。適宜于采用二氧化碳激光機(jī)印制的塑料有PVC、ABS和大多數(shù)聚酯。云母填充的商用樹(shù)脂如PP用二氧化碳激光機(jī)標(biāo)記時(shí)產(chǎn)生起霜的灰白印標(biāo)。盡管二氧化碳機(jī)的輸出功率可以達(dá)到200W，但用于印標(biāo)塑料最通用的范圍是10～25W，有時(shí)是50W。 在瓶裝生產(chǎn)線(xiàn)編碼過(guò)程中，速度是關(guān)鍵，或者還需要大的字母，一般要使用二氧化碳激光機(jī)。FOBA北美激光設(shè)備集團(tuán)的總裁和首席執(zhí)行官Steve Bone說(shuō)，二氧化碳機(jī)使用基體原模印標(biāo)比Nd∶YAG機(jī)快2倍，盡管僅僅快零點(diǎn)幾秒。 “現(xiàn)在的激光印標(biāo)塑料對(duì)比度高，有時(shí)，與其說(shuō)是黑色與白色，不如說(shuō)是一個(gè)對(duì)比的色彩，甚至濃暗對(duì)比度也成為可能?！? Control Microsystems公司的主要市場(chǎng)重點(diǎn)一直是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)罩和電子/電器件, 該公司的Stevenson說(shuō)，考慮一種塑料的印標(biāo)，首先要盡量用二氧化碳激光機(jī)來(lái)印制?！叭绻荒艿玫揭蟮膶?duì)比度或得到過(guò)量的熔融，再去選擇YAG激光機(jī)?！? 固態(tài)Nd∶YAG激光機(jī)加熱塑料會(huì)引起熱化學(xué)反應(yīng)（如發(fā)泡)，也會(huì)產(chǎn)生更多的顏色變化。由于這種激光機(jī)產(chǎn)生的激光的波長(zhǎng)較短，因此能得到較高的清晰度。波長(zhǎng)越短，塑料基體感應(yīng)的熱量越少(冷印)。FOBA的Bone說(shuō)，用于塑料印標(biāo)的100瓦Nd∶YAG設(shè)備是目前流行的(由于其產(chǎn)量高)，但是輸出功率在30～50W的設(shè)備也有。YAG激光機(jī)一般被用于零件的高質(zhì)量印標(biāo)，如電子連接器，發(fā)動(dòng)機(jī)罩元件，鎖帽和外科手術(shù)設(shè)備。 Rofin-Baasel的Schlather建議加工者考慮購(gòu)買(mǎi)固態(tài)激光機(jī)時(shí)要了解所需要的生產(chǎn)量和印標(biāo)的美學(xué)要求。例如，如果想要高對(duì)比度的、表面沒(méi)有測(cè)量的到的中斷印標(biāo)，那么高頻的激光機(jī)性能最好。不過(guò)，這取決于設(shè)備的低輸出功率是否適合你的生產(chǎn)率要求。 還有一種新型的二極管，功率在3～100W之間，可以用二極管作為激光 機(jī)燈源替代電子管泵設(shè)備的電子管。據(jù)說(shuō)二極管比電子管結(jié)構(gòu)緊湊50%，能量效用提高20%～30%。電子管設(shè)備需要水冷，而二極管類(lèi)型需水冷或風(fēng)冷。電子管一般需要每1000小時(shí)更換一次，二極管的使用壽命則達(dá)10000小時(shí)。不利條件是二極管相對(duì)來(lái)說(shuō)比較新而且較昂貴。例如，F(xiàn)OBA50W的二極管泵激光機(jī)比100W的電子管設(shè)備貴10%。但FOBA預(yù)計(jì)二極管設(shè)備的價(jià)格在以后幾個(gè)月可能下降，并且它們最終將替代電子管泵設(shè)備。 “環(huán)境問(wèn)題是激光印標(biāo)發(fā)展的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)力。激光印標(biāo)不用油墨或溶劑，也不需用像油墨印標(biāo)技術(shù)那樣的高強(qiáng)度能量干燥過(guò)程?！? Rofin-Baasel的Schlather總結(jié)YAG類(lèi)型的選擇∶“如果要每600～800小時(shí)進(jìn)行維修，那么電子管泵投資最少，但可以得到最大的生產(chǎn)率。如果用3～60W的二極管泵設(shè)備可以完成希望的印標(biāo)，那么二極管泵設(shè)備在5年內(nèi)成本將少于電子管泵設(shè)備?！? 用于激光器的配方 如果用正確選擇的添加劑配方，F(xiàn)OBA的Bone說(shuō)，幾乎任何一種塑料都能被任何型號(hào)的激光機(jī)印標(biāo)。配方或母料的供應(yīng)商需要了解樹(shù)脂、最終應(yīng)用、需要的圖標(biāo)類(lèi)型。例如，一些塑料如高密度聚乙烯和聚碳酸酯在有些顏色上用YAG激光器不用任何添加劑就可以印制得很好。另一方面，二氧化碳激光機(jī)在印制這兩種塑料時(shí)沒(méi)有特殊添加劑就印得不好. 現(xiàn)有技術(shù)的限制是得到調(diào)好色的激光印標(biāo)的能力有限，而且激光優(yōu)選的塑料成本也高于市面價(jià)格的10%～15%，有時(shí)更高。Clariant集團(tuán)母料技術(shù)發(fā)展部主任Bill Blasius承認(rèn)，激光印標(biāo)在顏料選擇和顏色透明度上受到限制。他說(shuō)，“在如何使用顏料和添加劑方面我們比十年前懂得更多。我們希望使用激光燈時(shí)能充分利用化學(xué)反應(yīng)，這種化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在特殊的樹(shù)脂和某些添加劑和顏料之間?！? 由于復(fù)配技術(shù)的發(fā)展，我們可以在黑色或藍(lán)色的乙酸醛共聚物上得到近乎白色的印標(biāo)，或者在黑色的ABS上得到純白色的印標(biāo)。用特殊的配方和激光機(jī)參數(shù)，我們甚至可以得到調(diào)好的顏色。Schlather解釋說(shuō)，“用這種方式，蝕刻的激光印標(biāo)可以被調(diào)成Pantone， Munsell或其他工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。樹(shù)脂中的顏料決定顏色和色相，而激光機(jī)決定強(qiáng)度或濃度?！痹S多激光印標(biāo)顏色/添加劑以表面經(jīng)過(guò)處理的云母為基礎(chǔ)，如EM工業(yè)公司配制的流行的Afflair和Laser Flair配方。但其他添加劑如銅和銻也用于專(zhuān)利配方中。 “盡管現(xiàn)有的用于裝飾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廣泛的，其次是燈管泵送的固態(tài)Nd∶YAG激光器和近年來(lái)的二極管泵送的Nd∶YAG器。” 生產(chǎn)可用于激光印標(biāo)的塑料的公司有BASF，Bayer，Ticona和RTP等公司。用于激光印標(biāo)的特殊顏料和添加劑母料的主要供應(yīng)商是Clariant和PolyOne。 首先集中看汽車(chē)件，Ticona引進(jìn)兩種可激光印標(biāo)的黑色乙酸醛共聚物，Celcon LM90和LM90Z。LM90用于印制發(fā)動(dòng)機(jī)罩和燃料設(shè)備元件，LM90Z是內(nèi)飾件的UV穩(wěn)定型，如用于揚(yáng)聲器格柵和釋放桿。Tom Miller的汽車(chē)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理說(shuō)，專(zhuān)利技術(shù)的添加劑最適合于Nd∶YAG激光機(jī)。 Ticona的最新研究產(chǎn)品是Celcon UV140LG，據(jù)說(shuō)這是最早的低光澤激光印標(biāo)用的乙酸醛共聚物。它也有抗紫外線(xiàn)的作用。在2001和2002模型年汽車(chē)展上，它主要用于收音機(jī)的按鈕、危險(xiǎn)信號(hào)燈和巡航控制器上。Ticona也提供可激光印標(biāo)的光滑、玻璃纖維填充的和礦物質(zhì)/玻璃纖維填充的Celanex PBT，用于不要求美觀(guān)的汽車(chē)、電器/電子元件的印標(biāo)。基于混合物和合金的可激光印標(biāo)的Vandar PBT被指定作為汽車(chē)內(nèi)胎內(nèi)部元件。新型可激光印標(biāo)的Celanese 尼龍66也在汽車(chē)內(nèi)部元件應(yīng)用的評(píng)定之中。 據(jù)Ticona的Miller介紹, 大多數(shù)汽車(chē)件要求有純白印標(biāo)的黑色基材帶返白印標(biāo)。“不但特別黑的濃度要與OEM的規(guī)格對(duì)比，白色的也要。得到的白色的濃度主要取決于附加的包裝。” 激光蝕刻，更準(zhǔn)確的說(shuō)是油漆雕版從20世紀(jì)80年代中葉就被應(yīng)用于晝/夜反光的元件上，如熒光屏，汽車(chē)立體聲環(huán)繞控制的按鈕和開(kāi)關(guān)，鏡殼。有的元件是特別透明的聚碳酸酯或ABS，它們被首先油漆成白色，然后用黑色油漆。用激光機(jī)來(lái)進(jìn)行黑色蝕刻，當(dāng)制件是反光的，白色就顯露出來(lái)。Ticona的Miller說(shuō)，“有了創(chuàng)造性的制品設(shè)計(jì)和制造技術(shù)(如雙組分模塑)，有可能取消這兩道工序?！? “二氧化碳激光機(jī)蝕刻塑料表面，通過(guò)蒸發(fā)清理材料，得到的是對(duì)比的印標(biāo)，但很少或幾乎沒(méi)有真正的顏色變化?！? RTP供應(yīng)幾種光滑的增強(qiáng)型可激光印標(biāo)的塑料復(fù)配料。這些塑料是PP，尼龍(6，66，12，11，612)，ABS，LLDPE，乙酸醛共聚物，熱塑性聚氨酯，聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯，間規(guī)聚苯乙烯，聚砜，PPS， TPO，丙烯酸，PC/丙烯酸，PC/ABS，LPC。顏料部經(jīng)理Stuart Swain說(shuō), “把不同的顏色在黑色的背景上印制成白色、黃色、綠色是有巨大商機(jī)的。” 德國(guó)的BASF激光印標(biāo)實(shí)驗(yàn)室的研究表明，玻璃纖維的添加只是輕微地減弱了塑料的印制性能，但有些填充物，阻燃劑和重新研磨的碎料都能極大的銷(xiāo)弱印制性能。 BASF生產(chǎn)的可用于激光印標(biāo)的樹(shù)脂有Terluran ABS，Ultraform acetal，Luran S ASA，Ultramid 尼龍，Luran SAN和Ultradur PBT的黑色顏料。 德國(guó)Bayer也作著類(lèi)似的工作，該公司提供可用于激光印標(biāo)的聚碳酸酯，ABS，PBT。 Clariant公司的大多數(shù)激光印標(biāo)母料都是定制的。我們有自己的激光印標(biāo)粉料基地，既是云母基材配方，也有專(zhuān)利添加劑配方(我們希望用這些配方來(lái)生產(chǎn)特殊的母料)。Clariant目前可達(dá)到的顏料效果首先是在任何顏料的襯底上實(shí)現(xiàn)從白到灰到黑的梯度。在非常黑的襯底上，Clariant可以提供藍(lán)色、紅色或綠色的印標(biāo)。Blasius期望以后幾年可實(shí)現(xiàn)更廣范圍的顏色。 PolyOne集團(tuán)FastMark市場(chǎng)經(jīng)理David Bates說(shuō)，他們公司的新型母料適用于做白色襯底上的對(duì)比度較高的純黑色印標(biāo)和黑襯底上的純白印標(biāo)。PolyOne還提供母料，這種母料實(shí)質(zhì)上可提供任何顏色的印標(biāo)(通常是在黑色制件上)。該公司把各式特殊效用的著色劑與激光印標(biāo)用的添加劑結(jié)合起來(lái)創(chuàng)造更大的可能性 — 如在自然著色的容器上印制閃亮的印標(biāo)。這些新配方呈現(xiàn)出巨大商機(jī) — 在某些高檔SAN化妝品包裝材料上，聚烯烴洗發(fā)劑和調(diào)溫器瓶和蓋，和玩具的效益一樣好。PolyOne已經(jīng)開(kāi)發(fā)出既光潔又可以是玻璃纖維或礦物質(zhì)填充的聚烯烴，聚碳酸酯，PC/ABS，SAN的FastMar添加劑。其他幾家公司也已在低調(diào)基礎(chǔ)上提供激光印標(biāo)配方，包括Ferro集團(tuán)，A. Schulman and LNP工程技術(shù)塑料公司。Schulman制造激光印標(biāo)的復(fù)配料和用于汽車(chē)艙的PolyBatch母料。LNP提供激光印標(biāo)的StarFlam阻燃劑尼龍型用于電器件的復(fù)配料，用于醫(yī)學(xué)容器的聚苯硫醚的Stat-Kon配方，外科手術(shù)用的ABS，PC和乙酸醛配方。 塑料制品標(biāo)記在中國(guó) — 激光標(biāo)記的前景 許多塑料最終制品，如計(jì)算機(jī)等辦公機(jī)器外殼和配件、電器外殼和配件、各種電器連接件、汽車(chē)內(nèi)飾件都需要標(biāo)記上產(chǎn)品商標(biāo)、規(guī)格、使用材料、制造廠(chǎng)商、制造日期、有效期等，有的如塑料管材還需要標(biāo)記上成型機(jī)型號(hào)等。這有的是為了滿(mǎn)足商業(yè)活動(dòng)的要求，有的是質(zhì)量保證法規(guī)的強(qiáng)制性要求的。 有多種塑料制品標(biāo)記方法，如直接成型(即直接在注射成型模具上刻制)、壓? ⑷妊夠ā⑴縋?、激光等。策€苣囊恢址椒ǘ家蟊曇喬邐⒗喂棠陀謾⒉換岜換?、化学和五d硪蛩刈饔枚А? 由于經(jīng)濟(jì)原因，目前在中國(guó)較多使用的是直接成型、壓印和熱壓花的方法，噴墨印刷有所增加(特別在管材生產(chǎn)線(xiàn)上)，激光標(biāo)記方法少見(jiàn)。激光標(biāo)記方法由于具有無(wú)需油墨和溶劑、環(huán)境適應(yīng)性好、可通過(guò)計(jì)算機(jī)靈活控制標(biāo)記形狀，以及可標(biāo)記數(shù)據(jù)密度大，其應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大，尤其在汽車(chē)內(nèi)飾件上的應(yīng)用正在快速增長(zhǎng)。但是，激光標(biāo)記方法也存在缺點(diǎn)，為進(jìn)行清晰的激光標(biāo)記塑料，材料需要采用專(zhuān)門(mén)添加劑進(jìn)行適當(dāng)改性。 隨著激光標(biāo)記方法應(yīng)用范圍的擴(kuò)大、技術(shù)的成熟，成本正在下降。中國(guó)是一個(gè)塑料制品生產(chǎn)和應(yīng)用大國(guó)，2001年產(chǎn)值在500萬(wàn)元以上企業(yè)的統(tǒng)計(jì)，塑料制品生產(chǎn)量達(dá)到了11853 kt，而按照樹(shù)脂生產(chǎn)和進(jìn)出口量計(jì)算的表觀(guān)消費(fèi)量更達(dá)到了25000 kt左右(估計(jì)值)，大量的塑料制品需要標(biāo)記。激光標(biāo)記方法作為新一代的標(biāo)記方法在中國(guó)塑料制品行業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。