Striebro a jeho zliatiny, ako Ag 925 alebo argentan, patria medzi materiály s najťažšou laserovou spracovateľnosťou. Hlavnými výzvami sú vysoká odrazivosť a tepelná vodivosť.
Pri vlnovej dĺžke 1064 nm odráža striebro približne 85–95% dopadajúceho svetla, takže bežné vláknové lasery majú nízku absorpciu. Pre značenie je potom nutné nastaviť vysoký špičkový výkon v krátkych pulzoch a nízku rýchlosť skenovania, aby sa energia lokálne koncentrovala.
Súčasne striebro veľmi rýchlo odvádza teplo do materiálu, čo zvyšuje riziko rozliatia taveniny a znižuje kontrast značenia. Vzhľadom na nízku tvrdosť striebra je vhodné pracovať s malou hĺbkou značenia, obvykle pod 0,01 mm, aby nedochádzalo k deformácii povrchu.
Ďalšie špecifikum predstavuje prirodzená tvorba sulfidu a oxidu striebra, ktorá môže znižovať čitateľnosť značenia. Tento jav možno naopak cielene využiť a vhodným nastavením energie pulzu vytvoriť tenkú tmavú vrstvu Ag₂O alebo Ag₂S pre kontrastné značenie bez výrazného úberu materiálu.
Správanie striebra pri laserovom značení sa líši podľa typu zliatiny. Šterlingové striebro obsahujúce meď má o niečo vyššiu absorpciu než rýdze striebro, takže stačí použiť o 5–10% nižšiu energiu. Hrozí však riziko lokálnej oxidácie medi, ktorá sa môže prejaviť hnedastým zafarbením značenia. Zliatiny typu argentan (Cu–Ni–Zn) sa laserom značia ľahšie, pretože sa opticky aj tepelne správajú skôr ako mosadz než ako čisté striebro.
Pri značení striebra laserom je dôležitá predúprava povrchu. Pre dosiahnutie stabilného kontrastu a homogénneho výsledku značenia sa odporúča chemicky či mechanicky odstrániť sulfidy a organické nečistoty.
Metódy laserového značenia
Na značenie striebra sa využívajú pulzné laserové procesy, najmä nanosekundové Q-switched alebo MOPA, ktoré minimalizujú tepelnú deformáciu kovu. Medzi hlavné metódy značenia striebra patria:
- Laserové žíhanie: Laser, zvyčajne zelený alebo UV, lokálne zahreje povrch na cca 150–200 °C bez odparenia materiálu. Vzniknutá tenká čierna vrstva oxidu strieborného vytvára hladký a vysoko kontrastný popis, ktorý navyše chráni miesto pred ďalším sčernaním..
- Laserové gravírovanie: Vysoký výkon lasera odparí materiál nad bodom tavenia (961 °C) a vytvorí fyzickú priehlbinu (cca 0,005–0,01 mm). Táto metóda je pomalšia a invazívnejšia, ale vytvára hmatateľný reliéf s minimálnou tepelne ovplyvnenou zónou. Je ideálna na hlboké gravírovanie šperkov.
- Laserové matovanie: Laser s vysokou frekvenciou pulzov (>300 kHz) vytvára mikroskopické nanoštruktúry, ktoré rozptyľujú svetlo. Výsledkom je matný, akoby „pieskovaný“ či mliečny vzhľad bez zmeny farby. Táto úprava pôsobí dekoratívne a vďaka zmenenej štruktúre povrchu spomaľuje prirodzenú oxidáciu striebra až o 50% (podľa testov s umelým potom 3% NaCl).
Vhodný typ lasera
Výber lasera pre striebro závisí od požadovanej hĺbky značenia a citlivosti značeného predmetu na teplo:
- Zelené lasery (532 nm) predstavujú preferovanú voľbu pre precízne značenie šperkov z drahých kovov. Striebro absorbuje ich vlnovú dĺžku podstatne lepšie než infračervené žiarenie (cca 45–55%), čo umožňuje značiť čisto a kontrastne aj pri nižšom výkone. Zelený laser má veľmi malú veľkosť stopy a značí zahrievaním bez hlbokého odparovania. Je ideálny pre šperky a tenké kontakty. Nevýhodou je výrazne vyššia cena, nižšia rýchlosť pri veľkých plochách a menšia odolnosť v priemyselnom prostredí.
- Vláknové lasery (1064 nm) sú lepšou voľbou v priemysle. Umožňujú hlboké gravírovanie (> 0,01 mm) a rýchlu produkciu. Vyžadujú však vysoký výkon a presné zaostrenie, inak hrozí prehriatie dielu alebo poškodenie lasera spätným odrazom. Technológia MOPA (nastaviteľná dĺžka pulzu) tu pomáha dosiahnuť lepší kontrast pri nižšom tepelnom zaťažení.
- Ultrafialové lasery (355 nm) umožňujú tzv. „studené značenie“. Vďaka vysokej energii fotónov dochádza k fotochemickej reakcii namiesto tepelného tavenia. Sú excelentné pre mikroznačenie a súčiastky extrémne citlivé na teplo, ako je mikroelektronika. UV lasery sú však najdrahšie a majú najnižší výkon.
Ostatné typy laserov
- Modré diódové lasery (450 nm) ponúkajú pri striebre vysokú procesnú stabilitu vďaka výbornej pohltivosti lúča, v oblasti precízneho mikroznačenia však stále zaostávajú za zelenými a UV systémami, ktoré disponujú výrazne menším priemerom ohniska a oveľa vyššou kvalitou zväzku.
- CO₂ lasery (10,6 μm) sú na priame značenie holého striebra nevhodné, pretože odrazivosť tohto kovu pre danú vlnovú dĺžku dosahuje až 99%. Takmer všetka energia lúča sa od povrchu odrazí, čo znemožňuje efektívnu absorpciu nevyhnutnú na vytvorenie značenia.
Doporučené parametry
Pri značení striebra sa vzhľadom na jeho vysokú tepelnú vodivosť a reflexivitu uplatňuje stratégia vysokej energetickej hustoty koncentrovanej do veľmi krátkeho času. Typické nastavenia vláknového alebo zeleného lasera pre strieborné zliatiny (Ag925) môžu vyzerať takto:
- Výkon: Na povrchové kontrastné značenie striebra postačuje výkon 15–25 W. Hlboké gravírovanie alebo práca na rýdzom striebre (Ag999) vyžaduje 30–50 W, pri zelených laseroch (532 nm) sú vďaka vyššej absorpcii tieto hodnoty o 40–50% nižšie. Mincové striebro (Ag925) vyžaduje o 5–10% nižší výkon než rýdzi kov, aby sa predišlo oxidácii medi a hnedému nádychu značenia.
- Rýchlosť skenovania: Pre svetlé značenie a matovanie (frosting) sa volia rýchlosti 800–1200 mm/s. Pri hlbokom gravírovaní sa postupuje výrazne pomalšie (150–300 mm/s), aby laser prekonal vysokú tepelnú vodivosť materiálu a stihol odoberať vrstvy kovu..
- Frekvencia pulzov: Frekvencia pulzov: Pri značení striebra sa využívajú stredné až vysoké frekvencie. Pre štandardný kontrastný popis sa volí 30–60 kHz, pre jemné matovanie povrchu (frosting) sa používajú vysoké frekvencie nad 300 kHz, ktoré vytvárajú hustú mikrotextúru rozptyľujúcu svetlo.
- Dĺžka pulzu: Dĺžka pulzu: Pri MOPA laseroch je vhodné nastaviť veľmi krátke pulzy v rozmedzí 10–40 ns. Krátky pulz zaistí okamžité dosiahnutie bodu odparovania, čím sa minimalizuje tepelne ovplyvnená zóna (HAZ) a zabráni sa nežiaducemu taveniu okrajov značenia.
- Počet priechodov: Na vytvorenie kontrastného oxidovaného popisu zvyčajne postačujú 1–2 priechody. Hlboké gravírovanie šperkov vyžaduje viaccyklové skenovanie (5–10 aj viac priechodov) s občasným čistením povrchu medzi cyklami, aby odparený materiál nebránil ďalšej penetrácii lúča.
- Riadkovanie a fokus: Riadkovanie a fokus: Pri značení striebra sa používa veľmi hustý prekryv riadkov (0,01–0,03 mm) na dosiahnutie hladkého a rovnomerného povrchu značenia. Vzhľadom na vysokú odrazivosť je kritická presnosť auto-fokusu (ideálne ±0,05 mm). Aj mierne vyosenie v osi Z vedie k okamžitému odrazu väčšiny energie.