Incisione e Marcatura Laser su Plastica: funzionamento, vantaggi e applicazioni

La marcatura laser su plastica o incisione laser su plastica, è un processo grazie al quale i componenti vengono etichettati o contrassegnati con l'ausilio di un laser.

Il polimero di cui sono costituite le parti in plastica determina il metodo utilizzato e anche l'apporto di energia necessario per effettuare l’incisione laser della plastica. Il risultato della marcatura laser dipende sia dal tipo di plastica, che dagli additivi utilizzati come i coloranti e dalla tipologia di laser impiegata.

Come funziona la Marcatura Laser su Plastica

La marcatura laser è un processo ottico in cui la plastica assorbe il raggio laser senza avere nessun contatto con esso. Questo comportamento tipico viene sfruttato anche nella saldatura laser della plastica, processo durante il quale un giunto di saldatura assorbe il raggio mentre l'altro giunto di saldatura è trasparente per il laser.

Molti diversi tipi di plastiche e termoplastiche possono essere marcate con il laser. Se una plastica non può essere marcata con il laser, di solito può essere lavorata con un additivo o masterbatch adatto per la marcatura laser della plastica.

Per masterbatch si intende una miscela concentrata di pigmenti e/o additivi incapsulata durante un processo termico in una resina di supporto che viene quindi raffreddata e tagliata in una forma granulare. Anche gli additivi come i pigmenti colorati possono influenzare la capacità di marcatura laser.

La chiave nel processo di incisione laser della plastica è ottenere un assorbimento sufficiente del raggio laser nel materiale. I metalli tendono a riflettere la maggior parte del raggio, mentre nella plastica la riflessione è diffusa e l'assorbimento è molto elevato.

La bassa conducibilità termica della plastica fa sì che la perdita di energia durante la marcatura laser sia bassa, per cui la lavorazione è molto veloce. L'assorbimento da parte della struttura macromolecolare della plastica è solitamente nella gamma dell'ultravioletto e dell’infrarosso.

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I vantaggi della Marcatura Laser su Plastica

Procedure come la marcatura e l’incisione laser vengono impiegate sempre più frequentemente nell’ambito industriale in quanto considerate particolarmente affidabili ed offrono inoltre numerosi vantaggi rispetto alle tecnologie di marcatura convenzionale:

• La marcatura è permanente, poiché è impermeabile, resistente all'usura e al calore, alla luce e agli agenti chimici;
• La marcatura laser è un procedimento estremamente efficace, di alta qualità e a prova di falsificazione;
• Massima flessibilità nel design della marcatura, per cui è adatta anche per zone solitamente di difficile accesso;
• Tutto il processo avviene senza alcun contatto con il materiale;
• Non vi è nessuna usura degli strumenti e nessun costo aggiuntivo per materiali extra come prodotti chimici, inchiostri, ecc;
• La plastica lavorata rimane sempre libera da pressioni, tensioni e fissaggi, in modo da garantire risultati sempre uniformi;
• La lavorazione è semplice e non è necessario nessun trattamento preliminare né alcuna post-lavorazione;
• Grazie ai tempi brevi di configurazione del macchinario laser e alla flessibilità offerta è possibile marcare in modo economico anche lotti di piccole dimensioni.

Tipologie di Laser impiegate

Durante la marcatura laser, attraverso l'esposizione al suddetto raggio le plastiche subiscono cambiamenti ottici della superficie. Per questo proposito viene utilizzata una varietà di supporti laser, che differiscono nel modo in cui viene generato il raggio. Durante la lavorazione della plastica il risultato è influenzato non solo dal tipo di laser ma anche dalla lunghezza d'onda utilizzata.

Nella marcatura della plastica la lunghezza d'onda del laser gioca un ruolo importante. Se si impiegano laser a stato solido con frequenza raddoppiata (532 nm) o triplicata (355 nm) la gamma delle materie plastiche sulle quali si può ottenere un buon risultato di marcatura laser diventa molto ampia.

Considerando anche il fattore economico, la maggior parte delle applicazioni di marcatura laser vengono realizzate con sorgenti ad infrarosso (Fibra, Nd:YAG).

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Metodi di Marcatura Laser su Plastica

• La formazione di schiuma lascia un segno tangibile sulla superficie di tutti i polimeri, ma anche su alcuni metalli. Il calore indotto dal laser fonde la superficie ed in seguito, a causa del rapido raffreddamento, le bolle rimangono incapsulate nel materiale, formando così un segno positivo, che può essere toccato con mano. A seconda del materiale questo segno è di colore chiaro o scuro. In questo caso il laser funziona a un livello di potenza basso e con impulsi più lunghi.
• Carbonizzazione plastica. Questa tecnica consente di ottenere dei forti contrasti di colore su superfici luminose e può essere utilizzata sia per polimeri che biopolimeri. Durante il processo di carbonizzazione il laser riscalda la superficie del materiale che rilascia ossigeno ed idrogeno. La superficie della plastica viene così carbonizzata per via della concentrazione di carbonio. Questa tecnica ha dei tempi di marcatura leggermente più lunghi rispetto ad altri processi.
• Viraggio di colore. La marcatura laser con cambiamento di colore è un processo elettrico che riordina o distrugge le macromolecole pigmentate e garantisce la massima leggibilità. Nessun materiale viene rimosso, la superficie limane liscia e inalterata, ma è possibile una piccola formazione di schiuma. La variazione di colore può essere sia chiara che scura anche se per la maggior parte si tratta di un viraggio scuro.
• Rimozione o ablazione laser. La rimozione laser viene utilizzata con plastiche multistrato (laminati). Durante il processo di rimozione, il raggio laser rimuove gli sottili strati superiori coprenti che sono applicati al materiale di base, come le vernici. Ciò crea un effetto di contrasti di colore dovuto alle differenze tra i vari strati.

Campi di Applicazione

La marcatura laser si sta sostituendo sempre di più ai metodi di stampa convenzionali in particolare nell'etichettatura delle materie plastiche, dove è ormai diventata il metodo preferito.

Soprattutto, il laser viene privilegiato nel contesto della tracciabilità. Alle plastiche vengono spesso assegnati codici a barre o numeri di lotto per l’identificazione della loro origine. Innumerevoli applicazioni in tutti i settori industriali traggono vantaggio dall’uso del laser, come ad esempio:

• Alloggiamenti in plastica
• Involucri in plastica
• Prese elettriche
• Tastiere
• Pulsanti e interruttori
• Etichette di identificazione per animali
• Pellicole
• Sensori
• Componenti elettronici
• Circuiti stampati
• Utensili

Plastiche adatte alla Marcatura Laser

Non tutte le plastiche ad alte prestazioni sono intrinsecamente in grado di essere marcate con il laser. Ad esempio, la resina acetalica poliossimetilene POM ed il materiale termoplastico poliammide PA se non modificate con additivi di solito non mostrano alcun cambiamento di colore durante la marcatura con un laser ad Infrarosso (Fibra, Nd:YAG).

In questo caso viene dunque proposto l’impiego di determinati additivi. Con un laser a fibra è possibile marcare molte plastiche di uso commerciale, come policarbonato, ABS, e molte altre con una finitura permanente, rapida e di alta qualità.

Alcune materie plastiche adatte per la marcatura laser sono:

• PEEK - TECAPEEK naturale
• PEEK medicale
• PEEK 30 caricato con fibre di vetro
• PBTP
• PPSU medicale
• ABS
• PETP
• TECAFORM AH LM
• TECASON P MT