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)了更長的時間才得到人們的認(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、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)。“美學(xué)”激光印標(biāo)占市場的10%，在代替油墨技術(shù)方面有很大的發(fā)展?jié)摿Α＿@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、HDPE、PP、PET 和PVC 剛性容器和容器蓋;尼龍和PBT汽車和非汽車用電器連接件，發(fā)動機(jī)罩元件如保險盒和氣帽。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開關(guān)按鈕，PVC管件如接頭和管件。 而剛開始的應(yīng)用包括燈開關(guān)蓋，化妝品包裝材料，汽車內(nèi)部按鈕和門把手、儀表板。在最近幾年，后者已經(jīng)成為一個重要的應(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)樹脂的開發(fā)，專門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)塑料對比度高，有時，與其說是黑色與白色，不如說是一個對比的色彩。甚至濃暗對比度也成為可能。據(jù)塑料激光設(shè)備的主要供應(yīng)商Rofin-Baasel的市場經(jīng)理Patrick Schlather介紹，這些色彩變化多樣，是流行趨勢之一，這種趨勢正使人們對激光裝飾塑料產(chǎn)生更大的興趣。 激光印標(biāo)的應(yīng)用包括燈開關(guān)蓋，化妝品包裝材料，汽車內(nèi)部按鈕和門把手、儀表板。在最近幾年，后者已經(jīng)成為一個重要的應(yīng)用市場，同時也滿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。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)境問題是激光印標(biāo)發(fā)展的另一個驅(qū)動力。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)度能量干燥過程。Schlather說，對一個三班倒的印標(biāo)生產(chǎn)來講，油墨和化學(xué)品花費(fèi)在20000～40000美元，而印制盤子要花費(fèi)100000美元/每年或更多。而相比之下，一臺三班倒的激光印標(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)備用兩臺計(jì)算機(jī)控制的可以在X或Y方向移動的鏡子或檢流計(jì)掃描激光光束。“當(dāng)編好程序的 激光路徑完成時，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，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)時跟蹤移動的目標(biāo)。”Schlather接著說道，“目前的設(shè)備采用簡單明了的圖形生成軟件，這種軟件很容易編好程序，在各個和每個旋轉(zhuǎn)的制件上印制單一的數(shù)據(jù)。” 近幾年來，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，“當(dāng)今的軟件適用于每秒鐘超過400個字的印制，而10年前每秒鐘只能印制40個。”大多數(shù)激光機(jī)軟件有能力印制串行和多型號的條形碼以及任意型號(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制件。外加一種變形頭和一臺程序化的光束分離器，用相同的信息，一臺激光機(jī)可同時印制兩個零件。Schlather指出，這種類型的設(shè)備可用于不移動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)用是一個關(guān)鍵因素。一整套二氧化碳交鑰匙設(shè)備售價在25000～35000美元之間，而一臺電子管泵送或二極管泵送的Nd∶YAG設(shè)備售價在60000～75000美元之間。二氧化碳激光機(jī)蝕刻塑料表面，通過蒸發(fā)清理材料，得到的是對比的印標(biāo)，但很少或幾乎沒有真正的顏色變化。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。云母填充的商用樹脂如PP用二氧化碳激光機(jī)標(biāo)記時產(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，有時是50W。 在瓶裝生產(chǎn)線編碼過程中，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，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)塑料對比度高，有時，與其說是黑色與白色，不如說是一個對比的色彩，甚至濃暗對比度也成為可能。” Control Microsystems公司的主要市場重點(diǎn)一直是汽車發(fā)動機(jī)罩和電子/電器件, 該公司的Stevenson說，考慮一種塑料的印標(biāo)，首先要盡量用二氧化碳激光機(jī)來印制。“如果不能得到要求的對比度或得到過量的熔融，再去選擇YAG激光機(jī)。” 固態(tài)Nd∶YAG激光機(jī)加熱塑料會引起熱化學(xué)反應(yīng)（如發(fā)泡)，也會產(chǎn)生更多的顏色變化。由于這種激光機(jī)產(chǎn)生的激光的波長較短，因此能得到較高的清晰度。波長越短，塑料基體感應(yīng)的熱量越少(冷印)。FOBA的Bone說，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建議加工者考慮購買固態(tài)激光機(jī)時要了解所需要的生產(chǎn)量和印標(biāo)的美學(xué)要求。例如，如果想要高對比度的、表面沒有測量的到的中斷印標(biāo)，那么高頻的激光機(jī)性能最好。不過，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，而二極管類型需水冷或風(fēng)冷。電子管一般需要每1000小時更換一次，二極管的使用壽命則達(dá)10000小時。不利條件是二極管相對來說比較新而且較昂貴。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)備的價格在以后幾個月可能下降，并且它們最終將替代電子管泵設(shè)備。 “環(huán)境問題是激光印標(biāo)發(fā)展的另一個驅(qū)動力。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)度能量干燥過程。” Rofin-Baasel的Schlather總結(jié)YAG類型的選擇∶“如果要每600～800小時進(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，幾乎任何一種塑料都能被任何型號的激光機(jī)印標(biāo)。配方或母料的供應(yīng)商需要了解樹脂、最終應(yīng)用、需要的圖標(biāo)類型。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沒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格的10%～15%，有時更高。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，“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，“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。”許多激光印標(biāo)顏色/添加劑以表面經(jīng)過處理的云母為基礎(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的汽車營銷經(jīng)理說，專利技術(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。它也有抗紫外線的作用。在2001和2002模型年汽車展上，它主要用于收音機(jī)的按鈕、危險信號燈和巡航控制器上。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，用于不要求美觀的汽車、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也在汽車內(nèi)部元件應(yīng)用的評定之中。 據(jù)Ticona的Miller介紹, 大多數(shù)汽車件要求有純白印標(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，汽車立體聲環(huán)繞控制的按鈕和開關(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)來進(jìn)行黑色蝕刻，當(dāng)制件是反光的，白色就顯露出來。Ticona的Miller說，“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，通過蒸發(fā)清理材料，得到的是對比的印標(biāo)，但很少或幾乎沒有真正的顏色變化。” 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, “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弱印制性能。 BASF生產(chǎn)的可用于激光印標(biāo)的樹脂有Terluran ABS，Ultraform acetal，Luran S ASA，Ultramid 尼龍，Luran SAN和Ultradur PBT的黑色顏料。 德國Bayer也作著類似的工作，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，也有專利添加劑配方(我們希望用這些配方來生產(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市場經(jīng)理David Bates說，他們公司的新型母料適用于做白色襯底上的對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 — 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)型號等。這有的是為了滿足商業(yè)活動的要求，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⒓す獾取２還苣囊恢址椒ǘ家蟊曇喬邐⒗喂棠陀謾⒉換岜換怠⒒Ш臀錮硪蛩刈饔枚А? 由于經(jīng)濟(jì)原因，目前在中國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)線上)，激光標(biāo)記方法少見。激光標(biāo)記方法由于具有無需油墨和溶劑、環(huán)境適應(yīng)性好、可通過計(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，尤其在汽車內(nèi)飾件上的應(yīng)用正在快速增長。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，材料需要采用專門添加劑進(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。中國是一個塑料制品生產(chǎn)和應(yīng)用大國，2001年產(chǎn)值在500萬元以上企業(yè)的統(tǒng)計(jì)，塑料制品生產(chǎn)量達(dá)到了11853 kt，而按照樹脂生產(chǎn)和進(jìn)出口量計(jì)算的表觀消費(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)記方法在中國塑料制品行業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。