در این مقاله به بررسی نتایج حکاکی لیزر روی کابل‌های برق دارای روکش PVC در رنگ‌ها و ساختارهای مختلف می‌پردازیم. دو نوع پرتو لیزر با طول‌موج‌های 1064nm و 532nm مورد استفاده قرار گرفت و عمق نفوذ پرتو لیزر در روکش سیم توسط میکروسکوپ نوری بررسی گردید.
حکاکی لیزر پلاستیک‌ها گسترده‌ترین فرایند اصلاح سطح لیزری می‌باشد. حکاکی بخشی از تولید انبوه بوده و گاها سرعت تولید بسیار زیاد بوده بصورتی که قابل رویت نیست و ممکن است روی هر محصول کد مشخصی علامت زده شود. علامت‌گذاری بایستی به گونه‌ای باشد که معیارهایی از قبیل واضح بودن، خوانایی، دوام و قابلیت حکاکی لیزری را داشته باشد ولی سرعت حکاکی نیز یک معیار اساسی در کاربردهای صنعتی است.
ترموپلاستیک‌ها بدون فیلر یا پیگمنت می‌توانند باتوجه به قابلیت حکاکی لیزر به سه دسته اصلی تقسیم‌بندی شوند:
- گروه اول: پرتو لیزر را به خوبی جذب نموده، از این‌رو آنها کربونیزه شده و حک به رنگ سیاه ایجاد می‌شود. مانند موادی از قبیل پلی‌استرها (PES) و پلی‌سولفن ها (PSU).
- گروه دوم: جذب و کربونیزاسیون غیر‌منظم بوده، این گروه شامل پلی‌استایرن‌ها (PS)، برخی از کوپلیمرها از قبیل PBT، PET و ABS می‌باشد. اضافه نمودن پیگمنت مناسب به این پلیمرها منجر به بهبود حکاکی می‌شوند.
- گروه سوم: شامل پلیمرهایی از قبیل POM، PP، PE و PPS می‌باشد که در حالت اولیه بدون رنگ خود قابلیت حکاکی لیزری را ندارند و لیزر هیچ تغییری در رنگ یا وضعیت آنها ایجاد نمی‌نماید. برای حکاکی لیزر پلی‌ارتان توسط لیزر Nd:YAG (YAG: Yttrium-Aluminium-Garnet)، اکسید بیسموت با موفقیت به پلی‌اورتان اضافه گردید.
معیار اساسی ماده برای حک پذیری توسط لیزر، جذب انرژی لیزر می‌باشد. پلیمر به تنهایی می‌تواند اشعه لیزر را جذب نماید ولی اگر چنین اتفای رخ نداد، بایستی پیگمنت (رنگدانه) به آنها اضافه نمود. لذا پیگمنت ها نقشی اساسی در حکاکی لیزر پلیمرها ایفا می‌کنند، آن ها می‌توانند فرایند حکاکی لیزر را تقریبا مستقل از نوع پلیمر نمایند.
معیارهای مختلفی برای انتخاب لیزر مناسب حکاکی وجود دارد ولی مهم ترین ویژگی در این انتخاب طول‌موج می‌باشد. لیزرهای متنوعی از UV تا لیزرهای انرژی بالای پالسی وجود دارد. معمول ترین لیزرهای مورد استفاده برای حکاکی روی سیم عبارتند از:
- لیزر گازی CO2 (طول‌موج 1064 نانومتر) که برای پلیمرهای حرارتی استفاده می‌شود.
- لیزر گازی زنون کلراید (XeCl) (طول‌موج 308 نانومتر).
- لیزر حالت جامد Nd:YAG (طول‌موج 1064 نانومتر).
- لیزر فایبر یتربیوم (طول‌موج 1060 نانومتر).
- لیزر دبل فرکانس Nd:YVO4 (طول‌موج 532 نانومتر).
- لیزر فرکانس سه تایی Nd:YVO4 یا Nd:YAG (طول‌موج 355 نانومتر) (UV).
در این مقاله کابل‌های دارای روکش عایق PVC ولی در قطرها، رنگ و طرح متفاوت توسط لیزر هنگام تولید و در حرکت حکاکی شدند. در جدول زیر لیزر، پلیمر و سایر شرایط آزمون ذکر شده است: ( در این مقاله میزان مناسب بودن حکاکی لیزر با سرعت‌های 5000 m/s و 500 m/s بررسی گردید)
| سری 1 | سری 2 | سری 3 | سری 4 | |
| نوع لیزر | VMc5 | VMc5 | VMc5 | VMc4 |
| توان (%) | 95 | 95 | 95 | 95 |
| طول‌موج (nm) | 1064 | 1064 | 1064 | 532 |
| فرکانس (kHz) | 65 | 55 | 55 | 20 |
| سرعت (mm/s) | 5000 | 500 | 500 | 500 |
| پهنای پالس (µs) | 5 | 5 | 5 | 5 |
| زمان حکاکی (s) | 0.12 | 0.26 | 0.60 | 0.23 |
| فاصله حکاکی (µm) | 50 | 505 | 50 | 50 |
سیستم VMc5 – سرعت حک کم، توانایی حکاکی تمامی‌مواد با وضوح بالا را دارد.
سیستم VMc5 – سرعت حک زیاد، توانایی حکاکی سیم‌های مشکی، قهوه ای و سبز/زرد با وضوح مناسبی دارد.
سیستم VMc4 – سرعت حک کم، توانایی حکاکی تمامی‌مواد به جز زرد را دارد ولی در سرعت زیاد می‌توان تمامی‌مواد را با وضوح نسبتا مناسبی حکاکی نمود.
در جدول زیر یک ارزیابی کلی از ویژگی‌های قابل رویت روی سیم ها را نشان می‌دهد.
| سری 1 | سری 2 | سری 3 | سری 4 | |
| رنگ حکاکی | Dark | Dark/Clear | Dark | Dark |
| وضوح | Middle | High | High | High |
| یکنواختی | High | High | High | High |
| مقاومت به خراش | Yes | Yes | Yes | No |
بررسی میکروسکوپی عمق نفوذ حکاکی لیزر
تصاویر زیر مقطع سیم‌های حکاکی لیزری شده را نشان می‌دهد، عمق نفوذ لیزر با طول‌موج 1064nm به صورت قابل ملاحظه ای در سیم‌های با روکش زرد و سبز کمتر می‌باشد، همانطور که در شکل مشخص است این وضعیت مناسب می‌باشد زیرا انرژی لیزر جذب سطح ماده شده و منجر به ایجاد حک واضح تیره و مشکی گردیده است.
در سیم‌های روکشدار قرمز، لیزر با طول‌موج 1064nm نسبتا به شدت جذب می‌شود و حک به رنگ سفید ایجاد می‌شود. این سفیدی ناشی از تغییر رنگدانه ها به دلیل حرارت ایجاد شده می‌باشد.
شکل زیر مقطع کابل مشکی دارای کمترین ضخامت مورد استفاده در این آزمون (1.6mm) را نشان می‌دهد، از این رو اختلاف بیشتری میان زوایای پرتو لیزر و سطح سیم ایجاد می‌شود. علیرغم انحنای بیشتر سطح، لیزر عمق نفوذ نسبتا یکنواخت و کمی‌را داشته است.
جدول زیر عمق نفوذ حکاکی در روکش سیم همراه رنگ‌های مختلف را نشان می‌دهد.
| رنگ روکش سیم | طول‌موج پرتو لیزر (nm) | عمق نفوذ mµ |
| زرد | 532 | 159 |
| (سبز) زرد | 1064 | 45 |
| سبز (زرد) | 1064 | 32 |
| قرمز | 1064 | 88 |
| سیاه | 1064 | 72 |
| قهوه ای تیره | 1064 | 66 |
همانطور که در جدول بالا مشخص است، استفاده از پرتو لیزر با طول‌موج 1064 نانومتر می‌توان عمق نفوذ پرتو را کمتر از 100 میکرون به دست آورد به صورتی که همزمان حکی کاملا واضح را داشته باشیم.
زمانی که از پرتو لیزر با طول‌موج 1064 نانومتر برای حکاکی لیزر در حرکت (Fly Marking) استفاده شود، حک ایجاد شده به غیر از روکش‌های زرد رنگ دارای وضوح بالا برای مواد مختلفی خواهد بود. با سرعت حکاکی زیاد تنها می‌توان روی سیم‌های روکشدار سیاه، قهوه ای و سبز وضوح بالایی داشته باشیم. در شرایط با سرعت حکاکی پایین لیزر با طول‌موج 532 نانومتر تمامی‌مواد را با وضوح مناسب حکاکی می‌نماید ولی این نوع لیزر در سرعت‌های حک زیاد به سختی وضوح مناسبی را ایجاد می‌نماید.
باتوجه به بررسی‌های انجام شده سیم‌های با روکش زرد رنگ دشواری‌های خاص خود را دارند.
نه تنها ویژگی‌های ظاهری از قبیل رنگ، وضوح، یکنواختی، مقاومت به خراش بلکه مورفولوژی سطوح نیز توسط متغیرهای لیزری قابل کنترل می‌باشد. عمق نفوذ حکاکی لیزر به شدت وابسته به رنگ روکش سیم می‌باشد.
ارسال نظر