Инновации в лазерной маркировке: расширение горизонтов в автопроме, нефти и газе, здравоохранении

Лазерная маркировка идет под воду, под поверхность и ультрабыстрая.

Давно устоявшееся направление лазерной маркировки продолжает открывать новую почву с расширяющимися бизнес-возможностями в автомобильной, нефтегазовой, медицинской и других отраслях.

Ультрабыстрые лазеры — в пикосекундном и фемтосекундном диапазонах — становятся ключевыми игроками в некоторых особенно деликатных, федерально регулируемых медицинских приложениях. Новые проприетарные версии ПО и кастомизированные системы маркировки пользуются растущим спросом. И крупное новое партнерство между относительно молодым системным провайдером и глобальным лидером в проводах и жгутах еще больше демонстрирует надежный импульс лазерной маркировки.

В соответствии с движением к Индустрии 4.0, новые меры автоматизации внедряются для повышения пропускной способности лазерно-маркированных продуктов.

В конечном счете, хотя декоративная лазерная маркировка используется уже некоторое время, растущая необходимость в защите бренда через маркировку сложных кодов для отслеживания на широком спектре высокоценных деталей делает технологию важнее, чем когда-либо.

Развитие вместе

Для финской Cajo Technologies 2019 год обещает продолжить импульс прошлого года с новым партнерством по продажам и дистрибуции с гигантом проводов и жгутов Anixter, а также расширением работы с подводными кабелями.

Эти отрасли сильно полагаются на быструю маркировку «на лету», которая остается самым быстрорастущим приложением Cajo, по словам президента Исмо Ранталы. В бизнесе с 2010 года и с американским офисом в Нью-Орлеане, Cajo позиционирует себя как самый быстрый лазерный маркер в мире — что явно привлекло внимание Anixter.

«Anixter — крупнейший дистрибьютор проводов в мире», — объяснил Рантала, — «и они держат на складе более 1 млрд долларов проводов по всему миру». Внедряя экспертизу Cajo внутри, Anixter добавляет ценность для своих клиентов, которые могут получить либо предварительно маркированные провода, либо систему маркировки Cajo напрямую от поставщика проводов.

«Проводно-жгутная индустрия выяснила, что маркировка на лету — это будущее маркировки всего, что они делают», — сказал Рантала. Он отметил, что 90% простоя в приложениях маркировки обычно обусловлен отказом засоренных струйных машин. В отличие от этого, лазеры не имеют расходников и могут работать 100 000 часов.

В то же время Cajo — который продает в основном OEM — укрепляет свой проприетарный пакет ПО, ставя их в один ряд с Trumpf и Rofin. Новейшее дизайн-предложение компании — CajoCAD 3.0. Фактически, приоритет найма Cajo сейчас — инженеры ПО, сказал Рантала, с целью дальнейшего улучшения скоростей маркировки проводов на основе спецификаций, запрошенных крупнейшими производителями проводов отрасли.

Продолжение инноваций особенно важно для Cajo из-за спроса на их системы для маркировки подводных кабелей между нефтяными платформами и берегом. Эти пластиковооболоченные кабели могут достигать 80 км (49 миль), как в случае волоконно-оптических силовых и жидкостных линий, производимых для энергетической отрасли норвежской Aker Solutions. Несколько отдельных кабелей могут находиться внутри более крупного кабеля.

Для Aker Cajo создала трехлазерную маркировочную ячейку, которая наносит марки с интервалом 120° вокруг кабеля, так что марки, указывающие название проекта и длину кабеля, видны с любого угла. Поскольку волоконно-оптические кабели не могут скручиваться и сохранять функциональность, одна маркированная линия сверху гарантирует, что они остаются в правильной ориентации. Другие марки указывают расстояние определенной части кабеля от судна, платформы или берега. «Это для устранения неисправностей; если что-то происходит с кабелем, они могут пингануть, где ошибка, и пойти чинить».

В плане лазеров в своих системах, Cajo полагается на волоконные блоки, которые могут маркировать «99% материалов», утверждал Рантала. «Мы можем маркировать линию укладки и последовательную маркировку для подводных кабелей на ПВХ и других материалах лазерами, и это привлекает внимание компаний, делающих эти продукты».

Короткие и острые

В гораздо меньшем масштабе по размеру детали, медицинское сообщество начинает принимать ультрабыстрые, или ультракороткоимпульсные, лазеры в пикосекундном и даже фемтосекундном режимах для маркировки постоянных уникальных идентификаторов устройств (UDI) на нержавеющих стальных устройствах.

Хотя наносекундные лазеры уже некоторое время успешно маркируют продукты, отметил Торстен Фербах, менеджер по бизнес-развитию Coherent-Rofin, Санта-Клара, штат Калифорния, их воздействие на нержавеющую сталь может привести к коррозии при повторной автоклавной стерилизации. Поэтому, хотя пикосекундные лазеры — значительные инвестиции, они более чем окупают себя в производстве высокоценных медицинских устройств — где сбой никогда не является вариантом.

Драйвером этой технологии стала регуляция FDA, вступившая в силу в сентябре 2018 года, требующая, чтобы медицинские устройства, требующие множественных циклов стерилизации, носили марки, которые не деградируют со временем. Регуляции предназначены для гарантии, что врачи по всему миру могут получить доступ к данным, закодированным в этих марках. Сбои при чтении этих кодов генерируют записи в базе данных FDA, объяснил Фербах, и слишком много отчетов для данного продукта может привести к закрытию производства FDA в рамках серьезного расследования.

Для удовлетворения этого спроса Coherent-Rofin оптимизировала свой пикосекундный лазер Rapid NX, объяснил Фербах. В отличие от наносекундных лазеров, которые производят темные марки, создавая черный оксид на поверхности материала, пикосекундная маркировка изменяет наноструктуру подповерхности материала, как нержавеющая сталь 1.4301, тем самым захватывая и поглощая свет для производства высококонтрастных марок.

«Это похоже по принципу на защитную кожу истребителей стелс», — объяснил Фербах. — «Когда вы экспонируете эту кожу радарным лучам, нет отражения; самолет становится невидимым». С нержавеющим стальным устройством, области, обработанные пикосекундным лазером, поглощают свет, чтобы выглядеть как темные марки. И в отличие от оксидной марки, которая может менять внешний вид в зависимости от угла обзора, черная подповерхностная марка выглядит одинаково со всех углов.

В плане пропускной способности и способности мониторить процесс маркировки, разницы между наносекундным и пикосекундным лазером в этом приложении нет, отметил он. Но прежде чем клиент начнет проект, Coherent-Rofin проведет'étude осуществимости. Это гарантирует, что пикосекундный лазер работает под правильными параметрами для работы и что клиент понимает меры предупредительного обслуживания для этих внутренне водоохлаждаемых блоков.

Вне медицинских устройств, другие отрасли имеют потенциал принять точность ультракороткоимпульсных лазеров для маркировки.

Современный дизайн кухонь, с фокусом на нержавеющие приборы, — идеальный кандидат, отметил Фербах. «Вы видите нержавеющие изделия либо гравированные, либо печатные», — объяснил он. Производители в этой отрасли сейчас избегают наносекундных лазеров из-за упомянутой изменчивости того, как черные марки выглядят при просмотре под разными углами. «Именно здесь нам все еще нужно просвещать рынок» о выгодах ультрабыстрых лазеров.

Помимо приборов, продолжил он, OEM потребительской электроники также принимают ультрабыстрые лазеры.

В плане материалов, пикосекундные лазеры также могут маркировать на титане, особенно для имплантов; анодированном алюминии, часто используемом в ортопедических устройствах; и пластиках PEEK и PPSU.

Расширение портфолио и рынков

Dapra Marking Systems из Блумфилда, штат Коннектикут, начала производить свои собственные лазерные системы около двух лет назад, чтобы воспользоваться множеством возможностей, от крупных OEM до небольших кастомных производителей. От низкомощных устройств до относительно высокой маркировочной мощности 100 Вт, Dapra еще больше расширила свои предложения с новым волоконным зеленым лазером и пикосекундной линейкой.

«Мы влезли на борт и начали предлагать пикосекундные лазеры, потому что когда у вас правильное приложение и только пикосекундный сделает это, это хорошее соответствие», — сказал Дэйв Нунан, директор по продажам и приложениям лазеров. — «Подумайте об УФ-маркировке как о холодной маркировке, потому что есть очень маленькое тепловое воздействие. С пикосекундными лазерами это как это на стероидах».

Компания также предлагает оболочку с программируемым ползуном, смонтированным на задней стене. Этот ползун по оси X позволяет пользователям перемещать лазерную головку на гораздо большее расстояние. Типичный ползун позволяет перемещение 30 дюйм (762 мм), объяснил Нунан, позволяя маркировать либо больше деталей, либо очень длинные детали, как ствол винтовки или серию стволов. Это в контрасте с более обычными квадратными зонами маркировки примерно 110-170 мм.

Параллельно, новое дополнение к пакету ПО Dapra позволяет более быструю ротационную индексацию цилиндрических деталей, как хирургических инструментов. «Если у вас есть зонд и вам нужны кольца на зонде, чтобы знать, насколько глубоко он идет в ткань, эти кольца должны быть нанесены очень последовательным образом», объяснил Нунан. «Типичная "третья ось" для маркировки колец требует, чтобы вы маркировали, а потом индексировали; это не позволяет делать оба одновременно. (Наше новое ПО) позволяет нам маркировать и вращать одновременно», преодолевая давнюю борьбу производителей, и при меньшей стоимости, чем настоящее ПО для маркировки на лету.

Помимо опций ПО и кастомизированных кабинетов, Dapra разработала новый контроллер, который можно вставить в любой из своих кабинетов для любой лазерной мощности. «Он очень модульный по природе», сказал Нунан. Тот же контроллер используется для предложений класса 4, которые стали довольно популярными.

Системы Dapra быстро нашли последователей для медицинских, авиакосмических, автомобильных, шестеренного производства и тяжелого сельхозоборудования приложений.

«Авиакосмическая отрасль была довольно горячей в прошлом году и выглядит идущей красно-горячей в этот год», — отметил он. Отрасль исторически склонялась к точечной маркировке, добавил он, учитывая регуляции, диктующие низконапряженную маркировку. «Мы видим всплеск интереса от авиакосмической отрасли к маркировке большего количества деталей и гораздо более крупных проектам».

Хотя эти проекты склонны приходить от крупных игроков, небольшие кастомные производители также выходят на первый план — что побуждает Dapra вводить линейку продуктов для удовлетворения их потребностей.

«Я только что был на установке во Флориде, где мы продали лазер небольшому медицинскому производителю» с полторами сотрудниками, — вспомнил он. — «Он делает traktsionные шплинты, хирургические поддоны, костные винты и многое другое. В прошлом лазеры были слишком дороги для такого малого игрока; больше не. Это новый мир и у нас есть релевантные решения».

По мере снижения цен на лазеры, Нунан сказал, Dapra ожидает еще более крупный год в 2019 году, когда больше производителей смогут добавить лазерную маркировку в свой репертуар.

Одной заметной зоной роста стало автоматическое маркирование пластиков, сказал он. Один литейный цех «вынимает от двух до четырех деталей из формы и подает их по одной к встроенному лазеру для маркировки датамтрикс». Система подтверждает читаемость марок перед тем, как детали увозятся, или, если нечитаемые, система активирует последовательность для выполнения второй маркировки.

И за прошлый год производители шестерен обратились к лазерным системам маркировки Dapra вместо точечной маркировки, чтобы сократить свои затраты «огромно, и они в восторге от производственной ценности, которую лазеры принесли на стол».

Хотя точечная маркировка менее затратна, она несет с собой проблемы удержания детали и износа карбидного маркерного иглы с результирующей деградацией ясности маркировки. «Бесконтактный метод лазерной маркировки действительно превосходен и принимается по хорошей причине: у вас нет деталей, которые изнашиваются, и ваши марки невероятно повторяемы и надежны».

Данно-ориентированные решения

Отслеживание всех этих размеченных данных так же важно, как и создание марок, и двунаправленная передача критической информации между ПО и маркировочными устройствами — ключевой элемент в дизайне системы. Создание и обеспечение этой двунаправленной цепочки связи необходимо для того, чтобы инженеры производства и те, кто отвечает за поддержание производительности на цехе, могли отслеживать релевантные данные, заявил Дэйв Свит, президент Mecco, Кранберри Тауншип, штат Пенсильвания.

Например, в лазерно-маркированных авиакосмических компонентах для Honeywell, «мы получаем переменные данные из системной базы данных. Корпоративное ПО отправляет нам эту информацию, и мы не только маркируем детали, но также используем системы видеоконтроля для верификации, что информация, которую мы нанесли на детали, совпадает с тем, что было отправлено нам». Система Mecco затем генерирует отчет, который хранится для правительства для регистрации этих UDI.

По кейс-стади Mecco проекта Honeywell, 20 Вт система SMARTmark с волоконным лазером «подключается везде, используя 120 В постоянного тока и занимает половину места старого плоского YAG». Также, связанные с маркировкой качественные уведомления и возвраты, которые стоили 2500 долларов за инцидент, значительно снизились.

В автомобильном мире, отметил Свит, детали, связанные с безопасностью, и те определенных долларовых сумм получают уникальные идентификационные марки — все отслеживаются до VIN. Это включает коленвалы, распредвалы, блоки, корпуса трансмиссий и даже коннекторы. После маркировки этих компонентов штрих-кодами, те «родительско-дочерние отношения» записываются в базу данных, которая в конечном счете связывает всю эту информацию с VIN.

Подключение систем маркировки все больше распространяется на работу рядом с коллаборативными роботами, или коботами. MECCO недавно установила систему, использующую кобота для подбора деталей с поддона, затем удержания их для сканирования системой видеоконтроля. Система видеоконтроля отправляет информацию лазерному маркеру, затем кобот приносит деталь к лазеру для маркировки. После маркировки одной стороны кобот приносит деталь к камере для верификации точности марок перед тем, как каждая другая сторона детали маркируется.

«Потребность в прослеживаемости все еще растет», — сказал Свит. — «Клиенты ищут больше систем, основанных на решениях, чем просто лазера в коробке», что означает, что рынок модульных, конфигурационных подходов для удовлетворения все более специфических потребностей в производственной гибкости будет продолжать расти.

Mecco в целом базирует около 80% своих систем на четырех базовых размерах оболочек, к которым можно добавить ротационные диски 6, 18, 24 или 36 дюйм (152, 457, 610 или 914 мм), которые непрерывно циркулируют свежие детали для маркировки. Каждая оболочка также имеет опцию X-Y стола. Остальные примерно 20% систем Mecco могут быть кастомизированы, включая со сгущенными графическими интерфейсами, позволяющими операторам загружать и мониторить задания.

Например, недавний клиент-производитель инструментов нуждался в покрытии поддона 30 x 30 дюйм (762 x 762 мм) деталями, что потребовало экстра-большой оболочки Mecco и X-Y-Z портальной системы. «Вместо того чтобы им приходилось покупать множество лазеров, они смогли купить один лазер, загрузить эту систему, нажать старт и уйти».

В другом случае, компания по водосчетчикам использовала комбинацию точечной и лазерной маркировки с четырехпозиционной ротационной рабочей станцией. Латунный корпус имел серийный номер, отмеченный точечной маркировкой, а лазер дублировал этот серийный номер на черной пластиковой крышке.

Правильный дизайн системы явно окупается, как в случае медицинского клиента Mecco, который обновился от старых диодных лазеров к волоконной системе и увидел общий цикл времени машины снизиться с 18 секунд до менее 11 секунд, с лучшим качеством марки, позволившим лучший визуальный контроль с ручными сканерами.

Добавьте к тому факту, что Свит видит больше мелких цехов, инвестирующих в роботов для сопровождения своих систем, и становится ясно, что лазерная маркировка стала и будет продолжать развиваться как надежная и незаменимая промышленная операция.