Laserové značení kůže se používá pro dekoraci a trvalý popis kožených výrobků (módní doplňky, obuv, potahy nábytku, automobilové čalounění apod.). Díky působení koncentrovaného tepla se na kůži vytvoří tmavě zbarvené či jemně vypálené znaky, které jsou odolné vůči otěru a stárnutí materiálu. Níže shrnujeme vhodné typy kůže pro laserové značení, základní procesy značení, doporučený typ laseru a typické parametry pro průmyslovou praxi.
Ktoré typy kože je možné značiť laserom
Laser je možné použiť prakticky na všetky bežné kožené materiály, avšak každý druh kože reaguje odlišne. Laserom je možné značiť prírodné kože aj upravené a syntetické kože:
- Prírodné kože (full-grain, top-grain aj opracovaná koža): Tieto kože sa vo všeobecnosti dobre vypaľujú a pri pôsobení lasera tmavnú do bohatej patiny. Napríklad na full-grain koži s minimálnou povrchovou úpravou vytvára laser ostré a tmavé znaky s vysokou kvalitou značenia. Aj menej kvalitné kože (napr. tzv. bonded leather vyrobené zo zvyškov kože) je možné laserom značiť, je však potrebné starostlivo doladiť parametre značenia.
- Semiš, nubuk a brúsené kože: Jemné povrchy semišu alebo nubuku sú náchylné na prepálenie, preto vyžadujú nižší výkon a vyššiu rýchlosť značenia, aby nedošlo k nadmernému spáleniu vlákien.
- Kože s povrchovou úpravou. Ak má koža nanesenú farbu alebo lak, laser zvyčajne reaguje najskôr s touto vrchnou vrstvou (môže ju karbonizovať alebo odpariť). Pri silne pigmentovanom povrchu však môže byť výsledný popis málo výrazný. Na dosiahnutie vysokého kontrastu sa preto odporúčajú svetlé kože alebo minimálne upravené povrchy, kde laser karbonizuje celulózové a kolagénové zložky do tmavého odtieňa.
- Syntetické kože (eko-koža, koženka, PU/PVC): Umelé materiály na báze polymérov reagujú inak než organická koža. Značenie syntetických koží si vyžaduje presné nastavenie výkonu a dostatočný prívod vzduchu, aby nedošlo k poškodeniu materiálu. Aj na umelých kožiach je možné laserom dosiahnuť viditeľné značenie. Laser môže povrch mierne spáliť alebo napeniť. Napríklad ťahaná PU koža pri laserovom značení bežne reaguje karbonizáciou pigmentu. Povrch sa môže taviť alebo uvoľňovať toxické výpary, preto je kľúčové dostatočné odsávanie.
Metódy laserového značenia kože
Pri laserovom značení kože sa využívajú dva základné režimy: karbonizácia povrchu a hĺbkové gravírovanie. Pri nižšom výkone laserový lúč pôsobí len povrchovo, materiál sa zahreje a stmavne. Tým vznikne kontrastné tmavé značenie na svetlejšom podklade. Pri použití vyššej energie alebo pomalšieho pohybu laser čiastočne odparí časť koženého materiálu, takže sa v mieste značenia vytvorí drobná priehlbina so zuhoľnatenými okrajmi. Tento režim je vhodný na dekoratívne efekty, pri tenkých kožených dieloch však hrozí prepálenie skrz.
Pri leštených alebo farbených kožiach sa často uplatňuje ablatívne odparovanie povrchovej vrstvy laku alebo pigmentu. Tým sa odhalí kontrastný podkladový odtieň bez hlbokého spálenia podkladu. Vzniká tak svetlý znak na tmavšom podklade alebo naopak. Pri vhodne nastavených parametroch je možné dosiahnuť veľmi presné odstránenie farby, podobne ako pri špeciálnych papieroch, čo dodáva koži elegantný efekt.
Vo všeobecnosti platí, že nefarbené alebo len mierne opracované kože umožňujú výraznú karbonizáciu s tmavým zafarbením, zatiaľ čo pri kožiach s výraznou povrchovou úpravou je pôsobenie laserového lúča obmedzené pigmentom a je potrebné pracovať skôr v režime opálenia alebo cieleného odparovania povrchových vrstiev.
Vhodný typ laseru
Na značenie kože sú najvhodnejšie CO₂ lasery s vlnovou dĺžkou 10,6 μm, ktorú organický materiál veľmi dobre absorbuje. CO₂ lasery poskytujú výkon od desiatok wattov vyššie a vďaka galvanometrickej hlave umožňujú vysokorýchlostné značenie. Výhodou je možnosť plynulej zmeny výkonu a rýchleho skenovania, čo umožňuje vysoko kontrastné a presné popisy vo veľkých sériách.
Diódové a vláknové lasery sa na kožu používajú len zriedka, pretože organické materiály túto vlnovú dĺžku zle absorbujú, takže biela alebo svetlá koža môže zostať neoznačená alebo len mierne stmavne. Vláknové lasery však môžu byť účinné pri tmavších a pigmentovaných kožiach, kde absorbujú čiernu farbu a môžu napríklad odpariť tmavý povrchový lak, podobne ako pri papieri. Vyšší špičkový výkon vláknového laseru však zvyšuje riziko prepálenia. Preto sa tieto fiber lasery používajú skôr na drobné detaily alebo tam, kde sa značí zmes kovových a nekovových dielov.
Ultrafialové (UV) lasery síce umožňujú extrémne rozlíšenie, ale ich nízky výkon a vysoká cena ich obmedzujú na špeciálne jemné a miniatúrne aplikácie. Pre väčšinu priemyselných aplikácií je preto štandardným riešením pri značení kože CO₂ laser.
Odporúčané parametre značenia
Výkon a rýchlosť laseru je potrebné voliť tak, aby koža iba povrchovo karbonizovala, nie aby sa prepálila. Niekoľko všeobecných odporúčaní:
- Výkon laseru: Typické CO₂ lasery pracujú v rozsahu desiatok wattov. Pre väčšinu aplikácií postačujú zdroje približne 20–50 W, pri gravírovaní hrubších koží alebo pri vysokorýchlostnej výrobe je možné použiť výkon až 180 W..
- Rýchlosť značenia: Pri značení kože sa zvyčajne volia vysoké skenovacie rýchlosti v rozsahu stoviek až jednotiek tisíc mm/s. Tým sa zabráni nadmernému zahrievaniu a prepáleniu materiálu. Pre orientáciu napríklad CO₂ laser s výkonom 75 W postačuje používať plnú rýchlosť posuvu pri 12 % výkonu. Naopak zníženie rýchlosti (rádovo na stovky mm/s) umožní tmavšie a hlbšie značenie, avšak už s vyšším rizikom prepálenia.
- Počet priechodov: Vo väčšine prípadov stačí jeden priechod lúča. Už pri jednom priechode je možné nastaviť dostatočný kontrast pomocou karbonizácie. Viac priechodov zvyšuje riziko spálenia okrajov a deformácie materiálu, zvyčajne sa uplatňujú len vtedy, ak je potrebný extra tmavý výsledok, napríklad najprv odpariť lak a následne druhým priechodom kožu jemne karbonizovať. V praxi je však lepšie upraviť jeden priechod (nižšia rýchlosť, mierne vyšší výkon) než opakovať viac priechodov..
- Frekvencia pulzov (pri pulzných CO₂ laseroch): Častejšie sa pracuje s bežnými pulzmi v desiatkach kHz (napr. 20–40 kHz), prípadne v kontinuálnom režime. Vyššie frekvencie poskytujú hladšie opálenie, nižšie frekvencie (vyššia energia na pulz) môžu spôsobiť prenikavejšiu karbonizáciu a jemné zbrázdenie povrchu. Voľba frekvencie závisí od konkrétnej konfigurácie laseru.
- Zaostrenie lúča: Laser sa spravidla zaostruje priamo na povrch kože, aby bol popis ostrý. Niekedy sa však zámerne používa mierna defokusácia. Rozostrený lúč má širší rozptyl a nižšiu hustotu energie, čo umožní plošnejšie a rovnomernejšie opálenie oblasti bez rezania do hĺbky. Túto techniku možno využiť na silnejšie a rovnomernejšie tmavé značenie, ak nechceme hlboký rez. Defokusácia však vždy znižuje rozlíšenie okrajov, preto je pri jemných detailoch vhodnejšie presné zaostrenie.