Как сделать маркировку на металле

Обновлено: 07.07.2024

ЗАМЕЧАНИЕ . Речь в данной статье пойдёт только о технологиях маркировки, применяемой в случае прямой маркировки изделий (то есть, маркировка с помощью самоклеящихся этикеток в данной статье не рассматривается).

Каждая из наиболее часто применяемых в промышленном производстве технологий маркировки - лазерная, ударно-точечная, электрохимическое травление и струйная печать, имеют свои преимущества и недостатки. При выборе оптимальной технологии маркировки различной продукции производители должны учитывать целый ряд факторов, таких как тип материала, назначение изделия (примечание: особенности эксплуатации, в том числе – внешняя среда), геометрия изделия, чистота поверхности/шероховатость, требуемое качество маркировки, размер изделия и размер маркировки, толщина защитного покрытия и необходимость сериализации маркировки.

Достижения последних лет в области лазерной технологии обработки, особенно, с появлением волоконных импульсных лазеров, говорят о том, что лазерная маркировка дает много преимуществ в случае прямой маркировке изделий, поскольку она имеет очень высокую производительность (примечание: при сопоставимой с другими технологиями маркировки глубиной маркировки) и более стойкая к внешнему воздействию, имеет низкую стоимость владения, не использует расходные материалы (примечание: верно только для волоконных импульсных лазеров) и не требует каких-либо дополнительных процессов подготовки изделия для получения долговечной маркировки.

Ударно-точечная маркировка позволяет получать очень долговечные метки, которые могут выдерживать достаточно высокое механическое воздействие, но контрастность маркировки невысока, время получения маркировки ниже, чем в случае лазерной маркировки, а изделие должно быть надёжно закреплено так как на него оказывает очень сильное воздействие маркирующая игла.

Маркировка методом химического травления может быть превосходным решением для изделий из закалённых металлов (примечание: имеющих очень высокую твёрдость) или металлически изделий, имеющий малую толщину.

Прямая маркировка на изделии (DPM) является нормой

Так как непрямая маркировка, например с помощью самоклеящихся этикеток, не обладает требуемой надёжностью и имеет ряд других ограничений в применении, многие изготовители уже перешли на прямую маркировку изделий (DPM), которая позволяет получить долговечные идентификаторы своей продукции, позволяющие отслеживать весь её жизненный цикл. Информация об изделии может быть представлена в буквенно-цифровом виде и одномерных (штрих-кодов) или двухмерных (Data Matrix, QR-код и т.п.) кодов.

Помимо коммерческих преимуществ отслеживания деталей и прослеживаемости, ещё одним ключевым фактором внедрения прямой технологии маркировки во всём мире является обязательное требование многих государственных и международных стандартов в части уникальной идентификации изделий, которые были приняты и ратифицированы в течение последних нескольких лет почти для всех отраслей промышленности.

В таблице 1 приведён краткий обзор ключевых факторов, которые следует учитывать при сравнении и выборе доступных технологий маркировки.

В дополнение к этим факторам также должны учитываться особенности производственной линии (маркировка движущихся или неподвижных изделий), особенности изделий и диапазон их типоразмеров (пример: маркировка труб большого диапазона диаметров), дистанционные управление операциями и проч.

Лазерная маркировка создает контрастные метки на металлах и пластмассах
Ударно-точечная маркировка может маркировать очень ограниченные виды пластмассы
Каплеструйная печать не может надёжно удерживаться на большинстве видов пластмасс
Электрохимическое травление предназначено только отмечает работы с металлами.

Лазерная и ударно-точечная технологии и электрохимическое травление позволяют получить долговременную маркировку
Лазерная и ударно-точечная технологии могут наносить износостойкие изображения методом глубокой гравировки
Бесконтактная маркировка предпочтительна, если изделие имеет маленькие размеры или невысокую механическую прочность
Неинтрузивные методы маркировки рекомендуются для изделий, используемых в критически важных для безопасности приложениях, таких как авиационные двигатели или системы, работающие в условиях высокого давления и высокой нагрузки.

Примечание: также можно применить менее агрессивные методы маркировки – лазерное обесцвечивание или травление; маркировка прочёрчиванием.

Поверхностная обработка / шероховатость

Полированные (особенно – зеркальные) и грубые (с высокой шероховатостью) металлические поверхности существенно затрудняют считывание штрих-кодов или двухмерных кодов (Data Matrix, QR-код, и т.п.); лазерный маркиратор может повысить шероховатость поверхности (в случае полированного изделия) и наоборот – уменьшить шероховатость поверхности (если она слишком грубая) для повышения точности и читаемости кода.

Размеры изделия и маркировки

Размеры лазерной метка может быть легко изменена с одной стороны на другую мгновенно
Минимальная требуемая площадь поверхности изделия, на которой может быть размещена маркировка, зависит от технологии маркировки
Минимальные размеры маркировки достигаются в случае использования лазерной технологии, при этом сохраняется очень высокое качество изображения.

Содержание маркировки (текст, графика, коды)

Для нанесения логотипов (и других графических элементов) высокой чёткости и малых размеров идеальным решением является лазерная технология маркировки. Ударно-точечная маркировка позволяет наносить графические элементы низкого качества и больших размеров.

Все современные автоматизированные системы маркировки могут создавать сериализацию кодов, автоматически формировать данные для маркировки, импортировать данные при подключении к базам данных и управляться дистанционно. При этом, больше всего возможностей интеграции у лазерной технологии маркировки
Лазерная технология является оптимальным решением для маркировки в условиях ограниченного пространства, особенно – очень маленьких изделий
Для маркировки движущихся (на конвейере) изделий идеально подходят лазерные и каплеструйные маркираторы
Электрохимическое травление не используется в автоматизированных производственных линиях.

Наилучшее качество маркировки высокой чёткости обеспечивают лазерная технология и электрохимическое травление
Только лазерная технология маркировки позволяет получить высококачественные изображения и читаемые коды высокой плотности на очень маленьких площадях поверхности изделия.

Каплеструйная маркировка и электрохимическое травление используют в работе химикаты, в том числе – агрессивные (травление)
При применении лазерной маркировки рекомендуется использовать системы удаления отходов (или дыма)
Ударно-точечная маркировка является экологически чистой технологией, не использующей специальные химикаты и не производящей отходов.

Технологии маркировки: достоинства и недостатки

Каплеструйная маркировка

Рис. 1 - Пример каплеструйной маркировки

Существует два типа каплеструйных систем печати: подача красящего вещества по требованию (DOD) и непрерывная струйная печать (CIJ).

Промышленная каплеструйная маркировка как правило выполняется на конвейерах – на движущихся мимо принтера изделиях.

Возможность маркировки быстродвижущихся (на конвейере) изделий
Может создавать цветную маркировку, а также маркировку, видимую только в ультрафиолетовом свете
Относительно низкая начальная стоимость основного оборудования.

Качество маркировки невысокое, тяжело печатать графические изображения и двухмерные коды
Высокие эксплуатационные расходы (затраты на красящие вещества и жидкости для обслуживания печатающего оборудования)
Красящие вещества, растворители и чистящие жидкости оказывают негативное воздействие на окружающую среду и здоровье персонала, частности, растворители, такие как метилэтилкетон (MEK)
Изделие должно двигаться вдоль печатающего оборудования, причём – с постоянной скоростью
Печатающая головка должна быть расположена очень близко к изделию, что может стать причиной повреждения оборудования
Маркировка не является долговременной (выцветает под действием ультрафиолетового света или стирается при механическом воздействии)
Небольшой ассортимент материалов изделий промышленного применения, на которых могут надёжно удерживаться красящие вещества
Печатающие головки требуют регулярной очистки и замены; существует перечень изделий, требующих частой замены (как правило – уплотнительные элементы из резины)
Надёжность печатающего оборудования значительно ниже, чем у оборудования для лазерной или ударно-точечной маркировки

Электрохимическое травление

Рис. 2 - Пример контактной маркировки "Электрохимическое травление"

Этот процесс контактной маркировки требует трафарета наносимого изображения, раствора электролита и электродной маркировочной головки. Изображение создаётся путём удаления продуктов принудительно вызываемой коррозии материал в большей или меньшей степени – в соответствии с рисунком трафарета, что позволяет получить либо эффект поверхности оксидной чёрной окраски (плёнки) или выгравированное изображение в материале изделия.

Перед началом работы требуется подготовка поверхности. Время маркировки может составлять секунды или часы в зависимости от требуемой глубины маркировки (изображения). Электрохимическое травление - многоступенчатый процесс, что существенно влияет на скорость маркировки.

Эта технология отлично подходит для маркировки изделий из закалённых металлов или имеющих маленькую толщину. Хотя для формирования изображения необходим физический контакт между маркировочной головой и изделием, сила прижима головы - незначительная. Электрохимическое травление позволяет получить скорость/глубину травления металлов приблизительно 0,0025 мм./сек, при этом, как правило глубина маркировки не превышает 0,25 мм. Тёмные метки (чёрная оксидная плёнка) на нержавеющей стали создаются за считанные секунды.

Электрохимическое травление требует обязательной утилизации использованных химикатов путём использования оборудования для очистки сточных вод, что увеличивает стоимость этой технологии маркировки. Хотя оборудование для электрохимического травления может иметь невысокую начальную стоимость, полная стоимость эксплуатации может быть довольно высокой на протяжении всего срока службы оборудования из-за необходимости использования системы фильтрации сточных вод (или оплаты утилизации отходов производства), затрат, требуемых для подготовки поверхности изделия, и затрат на изготовления трафаретов, используемых для создания маркировки.

Ударно-точечная маркировка

Ударно-точечная маркировка – это контактный процесс, в котором твердосплавные маркировочные иглы, под действием электромагнитных сил или энергии сжатого воздуха, формируют изображение в виде точек – следов удара иглы.

Перемещение маркировочной иглы вдоль осей XY управляется шаговыми двигателями. Критически важным для получения качественной и глубокой маркировки является форма и размер изделия и правильно подобранные настройки маркиратора.

Ударно-точечная маркировка характеризуется неоднородной контрастностью, зависящей от диаметра точки (следа иглы, то есть – глубины маркировки), шероховатости поверхности детали, интенсивности и угла внешнего освещения (примечание: поскольку след маркировочной иглы представляет из себя конус).

Для двухмерных кодов, типа Data Matrix и QR-код, освещение является ключом к возможности считывания кода.

В некоторых случаях, в качестве альтернативы ударно-точечной маркировке для нанесения символьной (только) информации может выступать маркировка прочёрчиванием, при которой чёткое и непрерывное изображение формируется алмазной или вольфрам-карбидной иглой.

Главным недостатком данной технологии является невозможность наносить коды данных.

Относительно невысокая (в сравнении с лазерными маркираторами) стоимость оборудования
Очень долговечная маркировка, обладающая высокой износостойкостью после нанесения покрытия
Большой модельный ряд маркираторов у ведущих производителей, который включает портативные, стационарные и интегрируемые модели.

Невысокое качество маркировки, особенно – при увеличении её глубины
Изделие должно иметь высокую механическую прочность для того, чтобы исключить его деформацию в процессе маркировки
Изделие необходимо надёжно зафиксировать перед началом маркировки
Маркировочная игла требует замены при большом износе (при малом – возможна заточка иглы)
Можно маркировать металлы твёрдость которых не превышает 62HRC
Возможна маркировка ограниченного ассортимента пластмасс
В сравнении с лазерной маркировкой скорость ударно-точечной маркировки невысока

Лазерная маркировка

Лазерная маркировка, быстрая и чистая технология маркировки, быстро вытесняет и заменяет интрузивные технологии маркировки в тех отраслях, где они уже давно и успешно применяются. Лёгкая и гибкая автоматизация, улучшенные экологические характеристики и низкая стоимость владения (примечание: только для некоторых типов лазеров) дополняют преимущества этой технологии маркировки.

В настоящее время доступны лазерные маркираторы, которые используют несколько основных типов среды лазерного излучения (т.н. – рабочее тело).

Самыми совершенными и производительными являются волоконные импульсные иттербиевые лазеры (Yb:fiber); также для маркировки успешно применяются лазеры на основе на ванадате иттрия (YVO4) с легированием неодимом (Nd:YVO), углекислого газа (СО2), алюмо-иттриевые лазеры с легированием неодимом (Nd:YAG) и др.

Каждый из вышеперечисленных типов лазеров имеет характеристики, которые лучше всего подходят для маркировки конкретных материалов и применения в различных приложениях.

Например - волоконные импульсные иттербиевые лазеры прекрасно подходят для маркировки (в т.ч. – глубокой) металлов и многих типов пластиков, и даже резины.

Превосходное качество маркировки, в том числе – высокой изображений высокой плотности
Очень большие возможности маркировки: текст (огромный выбор шрифтов и их настроек), графика высокой чёткости, одномерные и двухмерные коды данных
Очень высокая скорость маркировки
Очень долговечная и износостойкая маркировка
Широкий ассортимент маркируемых материалов
Простая интеграция в производственные линии
В случае волоконных импульсных иттербиевых лазеров – не требуются расходные материалы; маркираторы имеют огромный ресурс непрерывной работы – до 100 000 часов (11 лет).

Высокая начальная стоимость маркировочного оборудования (в сравнении с другими технологиями маркировки)
Для некоторых видов лазеров требуется регулярная замена ресурсных узлов с небольшим сроком службы
Требуется установка защитных средств для предотвращения травматизма персонала.

Вывод

Каждая из перечисленных выше наиболее часто используемых в промышленности технологий прямой маркировки имеет свои достоинства и недостатки - в таблице 6 представлено краткое сравнение этих технологий.

Даже краткое сравнение показывает, что лазерная маркировка является наиболее универсальной и эффективной из всех технологий прямой маркировки: очень высокая скорость маркировки, превосходное постоянное качество полученного изображения; широчайший диапазон вариантов маркировки, включающей текст (любые, доступные шрифты), графику сверхвысокого разрешения и плотности, логотипы и двухмерные коды данных; и позволяет маркировать широкий спектр материалов, в том числе стали твёрдостью выше 62HRC.

Кроме того, лазерная маркировка – это процесс, который легко интегрируется в производственные линии, а отсутствие химических веществ делает её экологически безопасной.

Читайте также: