Лазерная маркировка:успехи

Лазерная маркировка выполняется под водой, под поверхностью и сверхбыстро.

Хорошо зарекомендовавшая себя область лазерной маркировки продолжает открывать новые горизонты, открывая новые возможности для бизнеса в автомобильной, нефтегазовой, медицинской и других отраслях.

Сверхбыстрые лазеры — в пикосекундном и фемтосекундном режимах — становятся ключевыми игроками в некоторых особенно деликатных медицинских приложениях, предусмотренных федеральным законом. Новые проприетарные версии программного обеспечения и специализированные системы маркировки пользуются все большим спросом. А крупное новое партнерство между одним относительно молодым поставщиком систем и мировым лидером в области производства проводов и жгутов еще раз демонстрирует мощный импульс лазерной маркировки.

Кроме того, в соответствии со стремлением к Индустрии 4.0 внедряются новые меры автоматизации для увеличения производительности продукции с лазерной маркировкой.

В конечном счете, несмотря на то, что декоративная лазерная маркировка используется уже некоторое время, растущая потребность в защите бренда с помощью маркировки сложных кодов на широком спектре дорогостоящих деталей делает эту технологию более актуальной, чем когда-либо.

Растем вместе

Для финской компании Cajo Technologies 2019 год обещает продолжить прошлогодний импульс благодаря новому партнерству по продажам и дистрибуции с гигантом по производству проводов и жгутов Anixter, а также расширению работы с подводными кабелями.

По словам президента Исмо Ранталы, эти отрасли в значительной степени полагаются на быструю маркировку «на лету», которая остается самым быстрорастущим приложением Cajo. Компания Cajo работает с 2010 года и имеет штаб-квартиру в Новом Орлеане в США. Она позиционирует себя как самый быстрый лазерный маркер в мире, что явно привлекло внимание Anixter.

Anixter «является крупнейшим дистрибьютором проводов в мире, — пояснил Рантала, — и у них есть провода на сумму более 1 миллиарда долларов по всему миру». Используя опыт Cajo внутри компании, Anixter повышает ценность своих клиентов, которые могут получить либо предварительно маркированные провода, либо систему маркировки Cajo непосредственно у поставщика проводов.

«Индустрия производства проводов и жгутов обнаружила, что маркировка «на лету» — это будущее маркировки всего, что они делают», — сказал Рантала. Он отметил, что 90 процентов простоев в приложениях для маркировки, как правило, связаны с выходом из строя красочных машин. По его словам, лазеры, напротив, не имеют расходных материалов и могут работать
100 000 часов.

Между тем, Cajo, который продает в основном OEM-производителям, расширяет свой пакет проприетарного программного обеспечения, ставя их в один ряд с Trumpf и Rofin. Новейшее проектное предложение компании — CajoCAD 3.0. На самом деле, по словам Рантала, в настоящее время приоритетом найма Cajo являются инженеры-программисты, цель которых — продолжать повышать скорость маркировки проводов в соответствии со спецификациями, запрошенными крупнейшими производителями проводов в отрасли.

Постоянные инновации особенно важны для Cajo из-за спроса на его системы для маркировки подводных кабелей между нефтяными платформами и материком. Эти кабели с пластиковым покрытием могут прокладываться на расстояние до 80 км (49 миль), как и в случае оптоволоконных силовых и жидкостных линий, производимых для энергетической отрасли норвежской компанией Aker Solutions. Несколько отдельных кабелей можно разместить в одном кабеле большего размера.

Для Aker компания Cajo создала ячейку для маркировки с тремя лазерами, которая наносит метки с шагом 120° вокруг кабеля, поэтому метки, указывающие название проекта и длину кабеля, можно увидеть под любым углом. Поскольку оптоволоконные кабели не могут скручиваться и функционировать должным образом, единственная маркированная линия сверху гарантирует, что они останутся в правильном положении. Другие маркировки указывают на расстояние, на котором конкретная часть кабеля находится от корабля, буровой установки или материка. «Это для устранения неполадок; если что-то случится с каким-либо кабелем, они могут пропинговать, где ошибка, и исправить ее».

Что касается лазеров в своих системах, Cajo полагается на волоконные блоки, которые могут маркировать «99 процентов материалов», утверждает Рантала. «Мы можем маркировать линии прокладки и последовательную маркировку подводных кабелей на ПВХ и других материалах с помощью лазеров, и это привлекает внимание компаний, которые производят эти продукты».

Коротко и ясно

В гораздо меньшем масштабе с точки зрения размера детали медицинское сообщество начинает использовать сверхбыстрые или сверхкороткие импульсы лазеров в пикосекундном и даже фемтосекундном режиме для маркировки постоянных уникальных идентификаторов устройств (UDI) на устройствах из нержавеющей стали.

Хотя наносекундные лазеры уже некоторое время успешно используются для маркировки продуктов, отметил Торстен Фербах, менеджер по развитию бизнеса Coherent-Rofin, Санта-Клара, Калифорния, их воздействие на нержавеющую сталь может привести к коррозии при повторной обработке в автоклаве. Таким образом, несмотря на то, что пикосекундные лазеры являются значительными инвестициями, они более чем окупают себя при производстве дорогостоящих медицинских устройств, где сбой невозможен.

Движущей силой этой технологии является постановление FDA, вступившее в силу в сентябре 2018 года, согласно которому медицинские устройства, требующие нескольких циклов стерилизации, имеют маркировку, которая не портится с течением времени. Правила призваны гарантировать, что врачи во всем мире могут получить доступ к данным, закодированным в этих знаках. По словам Фербаха, ошибки при считывании этих кодов создают записи в базе данных FDA, а слишком большое количество отчетов для данного продукта может привести к тому, что FDA закроет производство в рамках серьезного расследования.

Чтобы удовлетворить этот спрос, Coherent-Rofin оптимизирует свой пикосекундный лазер Rapid NX, пояснил Фербах. В отличие от наносекундных лазеров, которые производят темные метки, создавая черный оксид на поверхности материала, пикосекундная маркировка изменяет подповерхностную наноструктуру материала, такого как нержавеющая сталь 1.4301, тем самым улавливая и поглощая свет для создания высококонтрастных меток.

«В принципе он похож на защитную обшивку истребителей-невидимок», — пояснил Фербах. «Когда вы подвергаете эту кожу лучам радара, отражение отсутствует; самолет становится невидимым». При использовании устройства из нержавеющей стали участки, обработанные пикосекундным лазером, поглощают свет и выглядят как темные пятна. И в отличие от оксидной метки, внешний вид которой может меняться в зависимости от угла обзора, черная подповерхностная метка выглядит одинаково под любым углом.

Он отметил, что с точки зрения производительности и возможности контролировать процесс маркировки в этом приложении нет разницы между наносекундным и пикосекундным лазером. Но прежде чем заказчик приступит к реализации проекта, Coherent-Rofin проведет технико-экономическое обоснование. Это гарантирует, что пикосекундный лазер работает с правильными параметрами для работы, и что заказчик понимает меры профилактического обслуживания для этих устройств с внутренним водяным охлаждением.

Помимо медицинских устройств, в других отраслях промышленности есть потенциал для использования точности лазеров сверхкоротких импульсов для маркировки.

Фербах отметил, что современный дизайн кухни с упором на технику из нержавеющей стали является идеальным кандидатом. «Вы видите, что изделия из нержавеющей стали либо выгравированы, либо напечатаны», — объяснил он. Производители в этой отрасли в настоящее время избегают наносекундных лазеров из-за вышеупомянутой изменчивости того, как появляются черные метки при просмотре под разными углами. «Здесь нам еще предстоит рассказать рынку о преимуществах сверхбыстрых лазеров».

Помимо бытовой техники, продолжил он, OEM-производители бытовой электроники также внедряют сверхбыстрые технологии.

Что касается материалов, пикосекундные лазеры также могут маркировать титан, особенно для имплантатов; анодированный алюминий, часто используемый в ортопедических приспособлениях; пластмассы PEEK и PPSU.

Расширение портфолио и рынков

Компания Dapra Marking Systems из Блумфилда, штат Коннектикут, начала производить свои собственные лазерные системы около двух лет назад, чтобы извлечь выгоду из множества возможностей, начиная от крупных OEM-производителей и заканчивая небольшими производителями на заказ. От устройств с низким энергопотреблением до устройств с относительно высокой мощностью маркировки 100 Вт компания Dapra расширила свои предложения новым оптоволоконным зеленым лазером и пикосекундной линией.

«Мы вскочили на борт и начали предлагать пикосекундные лазеры, потому что, когда у вас есть правильное приложение, и только пикосекунды будут делать это, это хорошо подходит», — сказал Дэйв Нунан, директор по продажам лазеров и приложений. «Думайте об УФ-маркировке как о холодной маркировке, потому что тепловая сигнатура очень мала. С пикосекундными лазерами все как на стероидах».

Компания также предлагает корпус с программируемой направляющей, закрепленной на задней стенке. Этот слайд по оси X позволяет пользователям перемещать лазерную головку на гораздо большее расстояние. Обычный затвор позволяет перемещаться на 30 дюймов (762 мм), пояснил Нунан, что позволяет маркировать либо большее количество деталей, либо очень длинные детали, такие как ствол винтовки или ряд стволов. Это контрастирует с более привычными квадратными областями маркировки примерно 110-170 мм.

Между тем, новое дополнение к пакету программного обеспечения Dapra позволяет быстрее вращать индексацию цилиндрических деталей, таких как хирургические инструменты. «Если у вас есть зонд и вам нужно наложить на него кольца, чтобы узнать, насколько глубоко он входит в ткань, эти кольца нужно надевать очень последовательно», — пояснил Нунан. «Типичная «третья ось» для маркировки колец требует, чтобы вы маркировали, а затем индексировали; это не позволяет вам делать и то, и другое одновременно. (Наше новое программное обеспечение) позволяет нам маркировать и точить одновременно», преодолевая давнюю борьбу производителей и при меньших затратах, чем настоящее программное обеспечение «на лету».

В дополнение к опциям программного обеспечения и индивидуальным шкафам компания Dapra разработала новый контроллер, который можно установить в любой из своих шкафов для любой мощности лазера. «Он очень модульный по своей природе», — сказал Нунан. Тот же контроллер используется и для предложений класса 4, которые стали довольно популярными.

Системы Dapra быстро нашли применение в медицине, аэрокосмической отрасли, автомобилестроении, производстве зубчатых колес и тяжелом сельскохозяйственном оборудовании.

«Аэрокосмическая промышленность — это сектор, который был довольно горячим в прошлом году и, похоже, станет горячим в этом году», — отметил он. Он добавил, что промышленность исторически склонялась к точечной маркировке, учитывая правила, предписывающие маркировку с низким напряжением. "Мы наблюдаем всплеск интереса со стороны аэрокосмической отрасли к маркировке большего количества деталей и предстоящих гораздо более крупных проектов".

В то время как эти проекты, как правило, исходят от более крупных игроков, на первый план также выходят более мелкие производители, что побуждает Dapra представить линейку продуктов, отвечающую их потребностям.

«Я только что был на заводе во Флориде, где мы продали лазер небольшому медицинскому производителю» всего с полутора сотрудниками, — вспоминал он. «Он производит тракционные штифты, хирургические подносы, костные винты и многое другое. В прошлом лазеры были слишком дорогими для такого маленького игрока, как этот; не больше. Это новый мир, и у нас есть соответствующие решения».

Нунан сказал, что по мере снижения цен на лазеры Dapra ожидает, что 2019 год будет еще более успешным, поскольку все больше производителей смогут добавлять лазерную маркировку в свой репертуар.

По его словам, одной заметной областью роста стала автоматизированная маркировка пластмасс. Один цех литья под давлением «вытаскивает из пресс-формы от двух до четырех деталей и по очереди подает их на встроенный лазер для маркировки матрицы данных». Система подтверждает читаемость меток до того, как детали убираются, или, если они не читаются, система запускает последовательность действий для выполнения второй метки.

И за последний год производители зубчатых колес обратились к системам лазерной маркировки Dapra вместо точечной штамповки, чтобы «значительно сократить свои расходы, и они в восторге от производственной ценности, которую привнесли лазеры».

Хотя точечная маркировка менее затратна, она влечет за собой проблемы с удержанием детали и износом твердосплавного маркировочного штифта, что приводит к ухудшению четкости маркировки. "Бесконтактный метод лазерной маркировки действительно лучше, и его используют по уважительной причине:у вас нет изнашивающихся деталей, а ваши маркировки невероятно воспроизводимы и надежны".

Решения на основе данных

Отслеживание всех помеченных данных так же важно, как и создание меток, а обратная передача важной информации между программным обеспечением и устройствами маркировки является ключевым элементом системного проектирования.
Создание и защита этой двунаправленной цепочки Коммуникация необходима для того, чтобы инженеры-технологи и лица, ответственные за поддержание производительности на производстве, могли отслеживать важные данные, утверждает Дэйв Свит, президент Mecco, город Крэнберри, штат Пенсильвания.

Например, в аэрокосмических компонентах с лазерной маркировкой для Honeywell «мы получаем переменные данные из системной базы данных. Корпоративное программное обеспечение отправляет нам эту информацию, и мы не только маркируем детали, но и используем системы технического зрения, чтобы убедиться, что информация, которую мы нанесли на детали, соответствует той, что была нам отправлена». Затем система Mecco создает отчет, который хранится для правительства, чтобы зарегистрировать эти UDI.

Согласно тематическому исследованию Mecco проекта Honeywell, волоконно-лазерная система SMARTmark мощностью 20 Вт «подключается в любом месте с помощью 120 В постоянного тока и занимает половину площади старого планшета YAG». Кроме того, количество уведомлений о качестве и возвратов, связанных с маркировкой, которые стоили 2500 долларов США за инцидент, значительно сократились.

В автомобильном мире, отметил Свит, детали, связанные с безопасностью, и те, которые стоят определенную сумму в долларах, получают уникальные идентификационные метки — все они отслеживаются по идентификационному номеру автомобиля. Сюда входят распределительные валы, коленчатые валы, блоки, картеры трансмиссии и даже разъемы. После маркировки этих компонентов штрих-кодами эти «родительско-дочерние отношения» регистрируются в базе данных, которая в конечном итоге связывает всю эту информацию с VIN.

Возможность подключения системы маркировки все чаще распространяется на работу с коллаборативными роботами или коботами. Компания MECCO недавно установила систему, в которой кобот берет детали с лотка, а затем удерживает их для сканирования системой машинного зрения. Система машинного зрения отправляет информацию на лазерный маркер, затем кобот подводит деталь к лазеру для маркировки. После маркировки одной стороны кобот подносит деталь к камере, чтобы убедиться, что метки точны, прежде чем будет маркирована другая сторона детали.

«Потребность в отслеживаемости все еще растет», — сказал Свит. «Клиенты больше ищут системы на основе решений, чем просто лазер в коробке», а это означает, что рынок модульных подходов на основе конфигурации для удовлетворения все более специфических потребностей в гибкости производства будет продолжать расти.

Mecco обычно основывает около 80 процентов своих систем на корпусах четырех основных размеров, к которым можно добавить поворотные переключатели 6, 18, 24 или 36 дюймов (152, 457, 610 или 914 мм), которые постоянно перемещают свежие детали для маркировки. В каждом корпусе также можно установить X-Y стол. Остальные примерно 20 % систем Mecco можно настраивать, в том числе с помощью упрощенных графических пользовательских интерфейсов, позволяющих операторам загружать и отслеживать задания.

Например, недавнему заказчику по производству инструментов нужно было покрыть лоток с деталями размером 30 × 30 дюймов (762 × 762 мм), для чего потребовался очень большой корпус Mecco и портальная система X-Y-Z. «Вместо того, чтобы покупать несколько лазеров, они могли купить один лазер, загрузить эту систему, нажать «Пуск» и уйти».

В другом случае компания по производству счетчиков воды использовала комбинацию точечной закалки и лазерной маркировки с четырехпозиционной поворотной рабочей станцией. На латунном корпусе был нанесен серийный номер, нанесенный точечной гравировкой, и лазер дублировал этот серийный номер на черной пластиковой крышке.

Надлежащая конструкция системы явно окупается, как в случае с медицинским клиентом Mecco, который перешел со старых диодных лазеров на волоконную систему и увидел, что общее время машинного цикла сократилось с 18 секунд до менее чем 11 секунд, с лучшим качеством маркировки, что позволило лучше визуальный осмотр с помощью ручных сканеров.

Добавьте к этому тот факт, что компания Sweet видит все больше небольших магазинов, инвестирующих в роботов для поддержки своих систем, и становится ясно, что лазерная маркировка стала и будет продолжать развиваться как надежная и незаменимая промышленная операция.