Ers y{0}} canol, mae laserau wedi cael eu defnyddio ar gyfer gwneud marciau, ysgythru a thorri. Datblygwyd peiriant marcio laser cyntaf y byd ym 1965 ar gyfer drilio tyllau mewn mowldiau gweithgynhyrchu diemwnt yn y dyfodol, ac enillodd y dechnoleg momentwm cyflym wedi hynny.
Mae cyflwyniad cynnar olaserau CO2 ar gyfer marciodigwyddodd ym 1967, a chyrhaeddodd y dechnoleg aeddfedrwydd yn y canol-1970 trwy fasnacheiddio systemau laser CO2 modern. Ers hynny, mae systemau marcio laser wedi dod yn brif gynheiliad mewn ystod eang o ddiwydiannau o awyrofod i weithgynhyrchu dyfeisiau meddygol, fferyllol a manwerthu.
Er gwaethaf cystadlu â thechnolegau eraill megis argraffu inkjet, mae laserau wedi'u stampio fel technoleg gwneud marciau pwerus, cost isel ac ailadroddadwy. Yn bwysig, mae'r broses yn eco-gyfeillgar ac nid oes angen unrhyw nwyddau traul (fel inc, cetris, a phapur). Nawr, nid yw systemau marcio laser bellach yn dibynnu'n llwyr ar laserau CO2; mae eraill, megis laserau ffibr ac Nd: ffynonellau golau cyflwr solet YAG, yn cynnig olion traed llai, costau cynnal a chadw is, a dewisiadau amgen effeithlon; ac mae datblygiadau mewn galluoedd technolegol yn amlwg. Bellach gall y peiriannau marcio laser masnachol cyflymaf brosesu degau o filoedd o rannau yr awr.
Er bod esblygiad technoleg marcio laser wedi bod yn gyflym, mae gweithgynhyrchwyr a defnyddwyr systemau marcio laser bellach yn chwilio am lwybrau newydd i wthio ffiniau technoleg marcio i gwrdd â heriau newydd a gwella canlyniadau prosesu.
Marcio Laser Cylchdaith Ceramig
Daw'r heriau hyn o ddeunyddiau newydd i'w prosesu, a chymwysiadau newydd i'w gwasanaethu - pob un yn gyrru'r angen am dwf ac arloesi wrth lunio'r farchnad ar gyfer datblygu system laser.
Er enghraifft,ceramegyn un o'r deunyddiau sy'n tyfu gyflymaf mewn prosesu laser, ac mae'r deunydd hwn yn arbennig o bwysig wrth gynhyrchu rhannau lled-ddargludyddion a byrddau cylched. Cyfeirir ato'n aml fel "mam pob cynnyrch system electronig," mae byrddau cylched printiedig (PCBs) yn elfen a ddefnyddir ym mron pob cynnyrch electronig, ac mae newidiadau bach yn natblygiad PCB yn cael effaith sylweddol ar dueddiadau'r farchnad.
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae'r ffocws wedi symud i ddefnyddio cerameg mewn byrddau cylched printiedig confensiynol (PCBs), sy'n cael eu gwneud o resinau epocsi plastig fel FP4. Mae byrddau cylched ceramig yn cynnig triniaeth wres ardderchog, yn hawdd i'w gweithredu, ac yn darparu perfformiad uwch o gymharu â PCBs nad ydynt yn seramig. Fodd bynnag, nid yw llawer o dechnegau marcio - megis prosesu sgrin yn addas ar gyfer cerameg. Mae marcio inc cerameg yn feichus, yn gofyn am sawl nwyddau traul, ac nid yw'n gallu gwrthsefyll sgraffinio. Mae brau a chaledwch cerameg hefyd yn eu gwneud yn un o'r deunyddiau anoddaf i'w marcio.
O ganlyniad, mae laserau wedi codi i amlygrwydd yn ystod y blynyddoedd diwethaf fel dewis amgen i dechnoleg argraffu inc, ac mae llawer o gwmnïau laser wedi datblygu systemau sy'n arbennig o addas ar gyfer marciau ceramig, megis laserau UV cyflwr solet pwmp deuod, yn ogystal â CO2 confensiynol. laserau.
"Mae hyn yn cynnwys tuedd tuag at finiatureiddio," meddai Andrew May, cyfarwyddwr cwmni marcio laser. Fodd bynnag, mae'n pwysleisio bod cyflwyno tueddiadau marchnad newydd yn cymryd amser hefyd, "A oes cais newydd bob wythnos? Na. Ond 15 mlynedd yn ôl, ni wnaethom erioed farcio ar serameg bach, ac yn awr rydym yn gwneud hynny."
Deunyddiau, siapiau a meintiau mwy hyblyg
Fodd bynnag, er gwaethaf ei dwf cyflym, nid marcio ceramig mewn electroneg yw marchnad fwyaf y cwmni marcio laser ar hyn o bryd. "Y diwydiant mwyaf i ni yw dyfeisiau meddygol," meddai Andrew May, "yna cydrannau modurol, electroneg a pheirianneg cyffredinol. Mae'r ystod o gynhyrchion sydd eu hangen yn amrywio'n fawr gan ddibynnu ar y diwydiant a'r diwydiant dan sylw."
Mae gan y cwmni wyth system laser (pump ohonynt yn cael eu gyrru gan Galv) sy'n darparu gwasanaethau marcio ar gyfer amrywiaeth eang o gymwysiadau. Oherwydd hyn, ac oherwydd bod y cwmni bob amser yn caffael cwsmeriaid newydd â gofynion pwrpasol - mae May yn pwysleisio bod y gallu i fod yn hyblyg yn hanfodol. O ganlyniad, mae'n defnyddio laserau sy'n addas ar gyfer marcio gwahanol ddeunyddiau, siapiau a meintiau, yn ogystal â gwahanol feintiau swp. Mae'r ystod o farcwyr y gall eu cynnig hefyd mor amrywiol â'i sylfaen cwsmeriaid, gyda'i laserau'n gallu cynhyrchu popeth o godau i graffeg a matricsau data - i gyd ar gyflymder uchel a chydag atgynhyrchedd uchel.
Mae darparu ar gyfer yr hyblygrwydd hwn felly yn anghenraid ar gyfer gweithgynhyrchwyr peiriannau marcio laser megisSystem Bluhm.
Mae'r galw am olrhain cydrannau yn cynyddu
Tuedd bwysig arall ym maes marcio laser yw sicrwydd a mireinio olrhain - adnabod cynnyrch yn unigol trwy farc adnabod unigryw ar ei wyneb. Gall y marcio hwn fod ar sawl ffurf, ond yn gynyddol boblogaidd a phwysig yw'r defnydd o fatricsau data megis codau dau ddimensiwn (codau QR).
Trwy farcio cynnyrch unigol gyda'i god matrics data unigryw ei hun, gellir ei adnabod yn hawdd mewn ffordd nad yw'n ymwthiol gyda manylion allweddol megis gwneuthurwr, rhif swp, ac oes. Mae hyn yn darparu sicrwydd ansawdd: gall defnyddwyr a defnyddwyr bennu union darddiad cynnyrch. Mae'r sicrwydd ansawdd hwn yn creu cyswllt uniongyrchol rhwng y defnyddiwr a'r gwneuthurwr ac yn rhoi gwerth ychwanegol i'r cynnyrch, gan eu galluogi i gystadlu â gweithgynhyrchu cost is. Oherwydd ei fanwl gywirdeb anhygoel, mae'r laser yn ddelfrydol ar gyfer ysgrifennu codau manwl mor fach â 200 μm o faint - yn rhy fach i'w weld gan rywun sy'n mynd heibio, ond yn hawdd ei wirio gyda ffôn clyfar os yw person yn gwybod eu lleoliad. Mewn meintiau o'r fath, gellir defnyddio matricsau data at ddibenion gwrth-ffugio, gan ei gwneud hi'n hawdd gwirio dilysrwydd nwyddau o ansawdd uchel mewn ffordd nad yw'n ymwthiol. Mae hyn yn cael effaith enfawr ar y diwydiant fferyllol gan ei fod yn ffordd o sicrhau nad yw meddyginiaethau fel tabledi yn cael eu cynhyrchu a’u dosbarthu’n dwyllodrus.
Mae olrhain cydrannau hefyd yn chwarae rhan bwysig pan gaiff ei ddefnyddio fel tystiolaeth mewn ymgyfreitha. Er enghraifft, os bydd rhywun yn cael trawsblaniad meddygol a bod y trawsblaniad yn methu, mae’r gallu i olrhain yn caniatáu iddynt wybod yn union beth aeth o’i le, ble aeth o’i le, ac ym mha swp yr aeth o’i le. Mae hyn yn sicr yn cynyddu effeithlonrwydd mewn pethau fel galw cynnyrch yn ôl, ond mae hefyd yn rhoi mwy o ymreolaeth i'r cwsmer. Efallai nad yw'n amlwg, ond wrth i gymdeithas ddod â mwy o ddiddordeb mewn ymgyfreitha, bydd yn rhaid i'r dechnoleg a all wella dyfarniadau ymgyfreitha gadw i fyny.
Mae olrhain hefyd yn cyfrannu at duedd arall ar draws gweithgynhyrchu: gwella cynaliadwyedd amgylcheddol a lleihau effaith ecolegol. Trwy olrhain cynnyrch i wybod pryd mae'n methu, neu wybod pryd mae'n cyrraedd diwedd ei gylchred oes, mae gweithgynhyrchwyr yn gallu cymryd lle ac ailgylchu yn rhagweithiol yn well. Mae hyn hefyd yn golygu y gellir dychwelyd cynhyrchion i'w hadnewyddu yn ôl y bwriad, felly gallai llai o offer fynd i safleoedd tirlenwi.
Fodd bynnag, mae systemau labelu matrics data cyfredol yn wynebu llawer o heriau. Mae rhai deunyddiau yn ei gwneud hi'n anoddach eu trin - yn enwedig gwydr a pholymerau, yn ogystal â metelau tenau a ffoil. Rhaid i'r marcio hefyd fod yn barhaol a sefydlog, a rhaid i'r system allu darparu ar gyfer ystod eang o feintiau cynnyrch.
Her arbennig i rai peiriannau marcio laser yw marcio ar arwynebau nad ydynt yn blanar. Mae mwy o argraffwyr inkjet o hyd yn fwy na systemau laser yn y maes hwn. O ganlyniad, mae peirianwyr system yn gweithio i oresgyn yr heriau hyn. Er enghraifft, mae rhai gweithgynhyrchwyr systemau marcio laser yn cynnig laserau CO2 a ffibr gyda phŵer cyfartalog o 20-500 W ac amseroedd beicio amrywiol, gydag opteg canolbwyntio sy'n addasu'n awtomatig i'w defnyddio ar arwynebau 3D y gellir eu haddasu i chrymedd. y gwrthrych. I gyfrif am arwynebau â geometregau anhysbys, mae'r systemau'n defnyddio system weledigaeth autofocus sy'n sganio'r wyneb 3D yn gyntaf ac yna'n addasu'r ffocws laser yn ystod y broses farcio.
Fodd bynnag, nid arwynebau nad ydynt yn wastad yw'r unig her sy'n wynebu gweithgynhyrchwyr systemau marcio laser. Mae Dr Florent Thibaut, Prif Swyddog Gweithredol gwneuthurwr datrysiadau marcio laser, yn esbonio, "Mewn llawer o achosion, nid yw datrysiadau marcio sydd wedi'u safoni'n fyd-eang, fel inkjet, yn gallu bodloni'r gofynion sydd eu hangen i ddarparu marc penodol ar gyfer pob cynnyrch. Ar hyn o bryd , mae'r defnydd arferol o laserau eisoes ar gael fel dull parhaus, yn union fel defnyddio pen. Fodd bynnag, nid yw hyn yn ddigon cyflym - mae angen inni ddod o hyd i ateb sy'n cydbwyso cyfaint cynhyrchu a chywirdeb. "
Effeithir ar farcio dilyniannol oherwydd bod yn rhaid i farcio laser newid ar gyfer pob cynnyrch, felly mae cael technoleg marcio y gellir ei haddasu i bob cynnyrch yn hollbwysig. Mae angen trwybwn hynod o uchel ar weithgynhyrchwyr - rhaid i'r marcio addasu a rhaid i'r gyfradd farcio fod yn uchel - ac nid yw hyn hyd yn oed yn cymryd i ystyriaeth yr anawsterau o brosesu rhai deunyddiau fel gwydr neu bolymerau.
I ddatrys y broblem hon, mae gwneuthurwr datrysiadau marcio laser wedi patentu ei dechnoleg VULQ1, a enillodd y Wobr Arloesedd Systemau Laser ym Mheirianneg Cynhyrchu Diwydiannol Laser World Photonics eleni, nad yw'n dewis defnyddio un pelydryn parhaus o olau (fel y mae'r achos gyda systemau marcio confensiynol). Yn lle hynny, mae'n defnyddio cannoedd o drawstiau golau i gynhyrchu effaith tebyg i stamp - gan gynhyrchu cod matrics data cyfan mewn amrantiad. Y dull a ddefnyddir i gynhyrchu'r stamp unigryw hwn yw siapio trawst deinamig, a gyflawnir gan ddefnyddio cydrannau fel y Modulator Golau Gofodol (SLM), a all addasu fesul ergyd i greu trawstiau â strwythur unigryw.
Er y gall technolegau marcio laser eraill flaenoriaethu cyfraddau ailadrodd uchel ar gyfer trwybwn uchel, mae'r dechnoleg hon yn defnyddio ynni pwls uwch a phrosesu cyfochrog i gael canlyniadau gwell.
Dywed Thibaut, "Mae'r cynllun marcio tebyg i stamp hwn yn datgloi potensial cynhyrchiant aruthrol ar gyfer marcio cod bar 2D ac mae'n syml i'w weithredu."
Er enghraifft, gellir defnyddio ei dechnoleg i farcio rhannau meddygol PVC gyda chod matrics data 570-μm-eang ar gyfradd o 77,000 yr awr. Mae deunyddiau eraill y gall y system eu marcio yn cynnwys alwminiwm wedi'i orchuddio â pholymer HDPE; gwydr soda-calch; gwydr borosilicate, aur pur, a chyfansawdd wedi'i fowldio epocsi.
Ychwanegodd Thibault, "Gall meintiau patrwm fod mor fach â 100 μm tra'n cynnal darllenadwyedd hollol glir, hyd yn oed wrth farcio mewn llinell syth, gan fod pob dot yn cael ei farcio ar yr un pryd." Yn fwy na hynny, oherwydd nad oes rhaid iddo ddibynnu ar amleddau ailadrodd uchel, gall y dechnoleg adeiladu systemau gan ddefnyddio laserau isgoch a gwyrdd oddi ar y silff Nd: YAG gydag amleddau ailadrodd o tua 20-30Hz, gan sicrhau bod ei systemau parhau i fod mor gost-effeithiol â phosibl.
Mae laser tra chyflym yn troi gwydr yn storfa ddata
Maes newydd cyffrous arall o farcio laser yw storio data. Mae ymchwilwyr yn honni y gallant gynhyrchu systemau storio data effeithlon trwy ddefnyddio laserau gwibgyswllt i amgodio data i gyfryngau gwydr/crisial. Mae data'n cael ei storio mewn gwydr/crisial ar ffurf abladiad micro, ac ar ôl ei gynhyrchu, bydd yn gallu cael ei gadw am gyfnod anhygoel o amser.
Yn 2013,Hitachicyhoeddodd ei system storio data grisial cwarts gyntaf, ac yn 2014, cyhoeddodd ymchwilwyr yng Nghanolfan Ymchwil Optoelectroneg (ORC) Prifysgol Southampton eu bod yn datblygu system gwydr wedi'i ysgythru â laser femtosecond. Mae'r ORC wedi dechrau cydweithio â Microsoft Research ar "Project Silica" Mae ORC wedi dechrau gweithio gyda Microsoft Research ar "Project Silica," sy'n addo datblygu systemau storio ar raddfa zb ac "ailfeddwl yn sylfaenol sut i adeiladu systemau storio torfol.
Nid yw ysgrifennu ar wydr yn dasg hawdd, fodd bynnag, a gall systemau laser UV neu CO2 pwls safonol greu microcraciau - gall gwresogi arwyneb y deunydd yn ormodol arwain at ddifrod mewn mannau poeth thermol. Er y gellir osgoi hyn trwy leihau'r egni pwls, nid yw'n ddelfrydol pan fo angen manylder uchel. Dyna pam mae ymchwilwyr yn troi at systemau laser tra chyflym (femtosecond) i leihau'r risg o ddifrod thermol. Mae hyd byr iawn y pwls ynni uchel yn sicrhau bod digon o egni'n cael ei ddanfon i'r deunydd i'w farcio'n hynod fanwl gywir, gan greu cyn lleied â phosibl o barthau sy'n cael eu heffeithio gan wres ac osgoi microcraciau.
Cyfyngiad presennol y dechnoleg hon yw cyflymder hynod isel o ysgrifennu data, a gall ysgrifennu data ar raddfa TB gymryd blynyddoedd i'w gwblhau. Diolch byth, mae datblygiadau parhaus yn awgrymu ffyrdd o gynyddu cyflymder ysgrifennu data. Y llynedd, cyhoeddodd ymchwilwyr ORC ddull ysgrifennu laser ynni-effeithlon yn y cyfnodolyn Optica: nid yn unig y mae'r dull hwn yn gyflym, ond gall storio tua 500 Tb o ddata ar ddisgiau silica maint CD - maent yn 10,000 gwaith yn ddwysach na thechnoleg storio disg Blu-ray.
Mae dull newydd yr ymchwilwyr yn defnyddio laser ffibr 515 nm gydag amlder ailadrodd o 10 MHz a hyd pwls o 250 fs i greu pyllau bach yn y gwydr silica, sy'n cynnwys strwythurau nanolaminar unigol sy'n mesur dim ond 500 × 50 nm. Gellir defnyddio'r nanostrwythurau dwysedd uchel hyn ar gyfer storio data optegol hirdymor. Cyflawnodd yr ymchwilwyr gyflymder ysgrifennu o 1,000,000 voxel yr eiliad, sy'n cyfateb i gofnodi tua 225 KB o ddata (mwy na 100 tudalen o destun) yr eiliad.
Defnyddiwyd y dull newydd i ysgrifennu 5GB o ddata testun ar ddisg gwydr silicon maint CD-ROM confensiynol gyda bron i 100% o gywirdeb darllen. Mae pob voxel yn cynnwys pedwar darn o wybodaeth, gyda phob dau voxel yn cyfateb i un nod testun. Gan ddefnyddio'r dwysedd ysgrifennu a ddarperir gan y dull, bydd y disg yn gallu dal 500 Tb o ddata. Trwy uwchraddio'r system ar gyfer ysgrifennu cyfochrog, dylai fod yn ymarferol ysgrifennu cymaint o ddata mewn tua 60 diwrnod, meddai'r ymchwilwyr.
