Špecifiká značenia niklu laserom:
- Vysoká odrazivosť IR žiarenia: Nikel má veľmi vysokú odrazivosť v infračervenej oblasti (≈1064 nm), takže väčšina laserovej energie sa odrazí späť namiesto toho, aby bola pohltená materiálom. To kladie vyššie nároky na výkon a parametre laseru..
- Tepelná vodivosť: Nikel má pomerne vysokú tepelnú vodivosť (~90 W/(m·K)), takže absorbované teplo sa rýchlo rozptyľuje do okolia. Povrch sa tak zahrieva menej než pri kovoch s nižšou vodivosťou a je potrebné zvýšiť energiu pulzov.
- Bod tavenia a tvrdosť: Nikel sa taví až pri teplote 1455 °C a je odolnejší voči opotrebovaniu než mäkšie kovy. To si vyžaduje vyššiu energiu na odparenie materiálu.
- Niklové povlaky: Na dieloch sa často používa tenká niklová vrstva na ochranu proti korózii. Tieto vrstvy sa pri nadmernom výkone ľahko poškodia. Preto sa na značenie niklových povlakov odporúčajú jemnejšie metódy v podobe nižšieho výkonu a vyššej frekvencie, aby povrch zostal neporušený.
Metódy značenia niklu laserom
Pri laserovom značení niklu je možné použiť žíhanie, gravírovanie alebo karbonizáciu. Každá metóda poskytuje odlišný vzhľad výsledného popisu.
Pri žíhaní povrchu (annealing) laser lokálne zahrieva povrch dielu bez odstraňovania materiálu. Na povrchu vzniká tmavá až čierna oxidová vrstva. Výsledkom je vysokokontrastné značenie pri zachovaní hladkého povrchu. Nikel dosahuje pri laserovom žíhaní podobný kontrast ako titán či zinok. Žíhané značenie však môže mať nižšiu odolnosť voči oderu alebo v agresívnom prostredí.
Pri gravírovaní (ablácii) laser odparuje časť materiálu, čím vzniká reliéfna značka so zdrsneným povrchom. Na dosiahnutie kontrastu sa používajú vyššie impulzy, ktoré miestami kov natavia alebo odparia. Vyšší výkon a viac priechodov vedú k hlbšiemu popisu a ostrejším hranám. Gravírovanie vytvára trvalé a kontrastné značky, ale môže spôsobovať drobné deformácie povrchu.
Čierne značenie (black marking) využíva ultrakrátke (ps/fs) pulzy s veľmi vysokým špičkovým výkonom, ktoré minimalizujú tepelne ovplyvnenú oblasť a umožňujú vznik nanostruktúrneho povrchu s vysokou absorpciou svetla. Výsledkom je dokonale čierny vzhľad. Tento spôsob značenia bez reflexie a tepelných zmien, tzv. „cold marking“, zachováva materiál takmer bezo zmeny a je odolný voči korózii. Vyžaduje femtosekundový laser.
Vhodný typ lasera
Na značenie niklu sa zvyčajne volí laser prispôsobený vlastnostiam materiálu:
Vláknový laser (1064 nm) je najrozšírenejšou voľbou pre kovy. Jeho vysoký výkon a krátky pulz sú vhodné na hlboké gravírovanie aj rýchle značenie. Pri značení reflexných kovov, ako je nikel, sa uprednostňujú pulzné režimy, kde vysoký špičkový výkon pomáha prekonať odrazivosť materiálu. Vláknový laser má navyše dlhú životnosť a pre značenie na výrobných linkách je najefektívnejším riešením.
Alternatívou je UV (355 nm) a zelený (532 nm) laser. Kratšie vlnové dĺžky lepšie prenikajú tenkou kovovou vrstvou, preto sa používajú najmä na veľmi jemné detaily na tenkých vrstvách niklu. Tieto lasery majú vyššiu kvalitu lúča, čo umožňuje vytvárať veľmi ostré línie. Nevýhodou je často nižší celkový výkon v porovnaní s výkonnejšími vláknovými lasermi.
Hybridné lasery (MOPA / YVO₄ + fiber) kombinujú výhody vláknového a kryštálového lasera. Hybridné systémy (napr. YVO₄ oscilátor zosilnený vláknovým laserom) ponúkajú veľmi vysoký špičkový výkon s vynikajúcou kvalitou lúča. Vďaka technológii MOPA je možné upravovať dĺžku pulzu v rozsahu fs–ps, čo umožňuje presné nastavenie pre farebné efekty alebo hlboké značenie podľa potreby. Takýto laser zvládne takmer všetky materiály vrátane niklu a jeho zliatin.
Ultrakrátke pulzy (fs, ps) sa používajú najmä na „black marking“ a vysoko citlivé aplikácie. Vytvárajú na povrchu nanostruktúry (LIPSS), ktoré silne absorbujú svetlo a vedú k homogénnemu čiernemu značeniu s minimálnou tepelne ovplyvnenou zónou. Pre bežné priemyselné značenie niklu sa však častejšie používajú nanosekundové lasery.
CO₂ laser (10,6 µm) je na čistý nikel nepoužiteľný, pretože nikel túto vlnovú dĺžku neabsorbuje.
Odporúčané parametre značenia
Parametre značenia je potrebné prispôsobiť konkrétnej metóde aj druhu materiálu, teda čistému niklu verzus zliatinám:
- Výkon: Pre bežné vláknové lasery sa používa 20–100 W. Čím vyšší výkon, tým rýchlejšie značenie a možnosť hlbšieho gravírovania.
- Frekvencia pulzov: Zvyčajne postačuje 20–100 kHz. Nikel sa často značí nižšou frekvenciou, pretože dlhšia pauza medzi pulzmi umožňuje materiálu lepšie akumulovať energiu. Vyššia frekvencia môže pomôcť pri jemných líniách, ale môže znižovať kontrast. Pre tenké niklové povlaky je naopak vhodný nižší výkon s vyššou frekvenciou, aby nedošlo k prepáleniu vrstvy.
- Rýchlosť skenovania sa nastavuje typicky v desiatkach až stovkách mm/s. Pri 100 W vláknovom laseri je možné pri nikli udržať kontrast ≥ 100 pri rýchlosti 1,0–1,6 cm²/s. Vyšší výkon umožňuje vyššiu rýchlosť bez straty kontrastu. Pre jemné značenie sa zvyšuje hustota rastra.
- Počet priechodov a hustota rastra: 1 až 5 priechodov. Pri žíhaní zvyčajne stačí jeden priechod. Pri hlbokom gravírovaní je často potrebných 2 až 5 vrstvených priechodov pre maximálny kontrast. Riadkovanie (hatch) sa pri laseri volí obvykle 10–20 µm podľa požadovanej hĺbky.
- Zaostrenie a hĺbka ostrosti: Pri značení niklu sa používajú šošovky s dostatočnou hĺbkou ostrosti (±0,5–1 mm) alebo 3-osové nastavenie, aby značka na nerovných povrchoch zostala ostrá. Laserové systémy s automatickým zaostrovaním (os Z) pomáhajú pri zakrivených alebo zvinutých dieloch.