ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЛАЗЕРНОЙ МАРКИРОВКИ НА ЛК-ПОКРЫТИЕ

Введение

В условиях АО «У-У ППО», где требования к качеству и скорости производства постоянно растут, а также усиливается внимание к экологии и безопасности, актуальным становится поиск эффективных решений для оптимизации процессов маркировки. [1, с. 23]

На сегодняшний день на предприятии применяются четыре метода маркировки:

- перьевая маркировка,

- клеймение,

- фотохимически,

- трафаретные печатные формы.

Каждый из этих методов имеет ряд недостатков, ограничивающих их применение в современных производственных условиях. [2, с. 45] В связи с этим перспективным направлением является внедрение лазерной маркировки, которая обладает рядом преимуществ:

- высокая скорость нанесения,

- долговечность и устойчивость к внешним воздействиям,

- экологичность (отсутствие расходных материалов и вредных выбросов),

- гибкость (возможность быстрой перенастройки под новые задачи),

- высокое качество и точность маркировки. [3, с. 12]

Таким образом, переход на лазерные технологии маркировки позволит АО «У-У ППО» повысить эффективность производства, снизить эксплуатационные затраты и соответствовать современным экологическим стандартам. [4, с. 78]

Глава 1. Анализ существующих на АО «У-У ППО» методов маркировки:

1.1. Перьевая маркировка

Перьевая маркировка – это метод нанесения информации на поверхность изделия с помощью перо. Имеет широкий круг применения: маркировка деталей в промышленности, нанесение временных или постоянных обозначений на различные поверхности приборов и т.д. [5, с. 34]

Особенности перьевой маркировки:

- гибкость – подходит для различных материалов (металл, пластик, стекло, керамика и др.);

- простота – не требует сложного оборудования;

- разнообразие чернил – могут использоваться несмываемые, термостойкие, UV-отверждаемые и другие типы чернил. [6, с. 56]

Преимущества:

- низкая стоимость оборудования/материалов/относки;

- возможность работы с неровными поверхностями;

- быстрое нанесение без подготовки.

Но не смотря на выше приведенные преимущества данный вид маркировки имеет больше недостатков:

- низкая скорость – процесс маркировки может быть медленным, особенно при большом объеме продукции.

- человеческий фактор – возможны ошибки из-за неаккуратности или неправильного нанесения.

- ограниченные возможности – сложно создавать сложные графические изображения или коды.

- износ инструмента – перьевые инструменты требуют регулярной замены, что влияет на качество маркировки. [7, с. 89]

1.2. Клеймение

Клеймение – это способ маркировки, при котором информация наносится на поверхность изделия с помощью штампа (клейма) и краски. Применяется в различных отраслях: металлообработка, деревообработка, производство упаковки и др. [8, с. 67]

Особенности клеймения:

- универсальность – подходит для металлов, пластиков, дерева, картона и других материалов;

- долговечность – нанесенная маркировка устойчива к истиранию и внешним воздействиям;

- четкость оттиска – обеспечивает легко читаемые символы даже на грубых поверхностях. [9, с. 112].

Преимущества:

- высокая скорость – процесс маркировки быстрый, особенно при использовании автоматизированных клеймильных машин;

- стойкость маркировки – краска или ударный метод обеспечивают долговечное нанесение;

- масштабируемость – подходит как для мелкосерийного, так и для массового производства;

- минимальные затраты – клейма долговечны, а расходные материалы (краска) экономичны.

Недостатки:

- ограниченная гибкость – сложно оперативно менять данные (требуется замена штампа);

зависимость от поверхности – неровные или слишком твердые материалы могут ухудшать качество оттиска;

- износ клейма – при интенсивном использовании штамп требует периодической замены или восстановления;

- необходимость подготовки – для некоторых материалов требуется предварительная очистка или грунтовка. [10, с. 45]

1.3. Фотохимический

Фотохимическая маркировка – это технология, при которой изображение или текст наносятся на поверхность изделия с использованием фотомаски, УФ-излучения и химических реактивов [11, с. 89]. Применяется в микроэлектронике, металлообработке, производстве печатных плат, а также для маркировки высокоточных деталей [12, с. 45]. Особенности фотохимической маркировки:

- высокая точность – позволяет наносить микроскопические символы и сложные графические элементы [13, с. 67];

- универсальность материалов – подходит для металлов (сталь, алюминий, медь), стекла, керамики и некоторых полимеров;

- глубокая и стойкая маркировка – химическое травление создает долговечные метки, устойчивые к износу и коррозии. [14, с. 102]

Преимущества:

- возможность массового нанесения – за один этап можно обработать большую партию изделий;

- отсутствие механического воздействия – не деформирует поверхность, в отличие от ударных методов [15, с. 78];

- высокая детализация – подходит для нанесения штрих-кодов, QR-кодов, логотипов и мелкого текста;

долговечность – маркировка не стирается и не выцветает со временем.

Недостатки:

- сложность процесса – требует подготовки фотошаблонов, химических реактивов и контроля экспозиции [16, с. 56];

- вредные производственные факторы – работа с химикатами требует соблюдения мер безопасности;

- ограниченная скорость – процесс включает несколько этапов (нанесение фоторезиста, экспонирование, проявку, травление);

- высокая стоимость оборудования – необходимость в специализированных установках (УФ-лампах, ваннах для травления). [17, с. 112]

1.4. Трафаретные печатные формы

Трафаретная печать (шелкография) – это технология переноса краски на поверхность через специальную сетчатую форму, где печатаемые участки открыты, а пробельные закрыты. [18, с. 34] Применяется в текстильной, сувенирной, электронной промышленности, а также для маркировки упаковки, приборов и деталей.

Особенности трафаретной печати:

- универсальность материалов – подходит для бумаги, пластика, стекла, металла, ткани, керамики и др.;

- возможность нанесения толстого слоя – позволяет создавать рельефные и насыщенные изображения [19, с. 91];

- гибкость в выборе красок – используются УФ-отверждаемые, термостойкие, токопроводящие и другие составы.

Преимущества:

- высокая стойкость изображения – краска хорошо закрепляется и устойчива к истиранию [20, с. 77];

- экономичность при больших тиражах – низкая себестоимость оттиска после изготовления формы;

- простота настройки – возможность быстрой замены краски и адаптации под разные поверхности;

- возможность печати на неровных и криволинейных поверхностях (цилиндрах, корпусах приборов).

Недостатки:

- ограниченная детализация – сложно воспроизводить очень мелкие элементы и полутона;

- необходимость изготовления форм – увеличивает сроки и стоимость подготовки малых партий [21, с. 63];

- зависимость от качества сетки – износ или деформация формы ухудшают четкость оттиска;

- ручная работа на этапе нанесения – требует навыков для соблюдения равномерного слоя краски.

Глава 2. Анализ альтернативных методов маркировки для внедрения на предприятие:

2.1. Каплеструйная маркировка

Каплеструйная маркировка – это бесконтактная технология печати, при которой изображение или текст формируются за счет точного нанесения чернильных капель на поверхность изделия. [22, с. 88] Широко применяется в пищевой, фармацевтической, электронной и промышленной сферах для маркировки упаковки, труб, проводов, деталей и других изделий.

Особенности каплеструйной маркировки:

- бесконтактное нанесение – отсутствие механического воздействия на продукт;

- высокая скорость печати – до нескольких метров в секунду (зависит от оборудования);

- поддержка переменных данных – возможность нанесения уникальных кодов (QR, DataMatrix, серийные номера) [23, с. 55];

- широкий выбор чернил – спиртовые, масляные, УФ-отверждаемые, термохромные и др.

Преимущества:

- универсальность – подходит для бумаги, картона, пластика, металла, стекла, резины и др.;

- гибкость настроек – быстрое изменение текста, шрифтов, графики без смены оснастки;

- экономичность – низкий расход чернил и минимальные эксплуатационные затраты;

- возможность интеграции в производственные линии – автоматическая маркировка в реальном времени. [24, с. 44]

Недостатки:

- требовательность к поверхности – пористые или неровные материалы могут снижать качество печати;

- ограниченная стойкость – некоторые чернила подвержены истиранию или выцветанию (требуют лакировки);

- зависимость от условий – температура, влажность и пыль могут влиять на процесс;

- необходимость обслуживания – регулярная очистка дюз для предотвращения засоров. [25, с. 72]

2.2. Лазерная маркировка

Лазерная маркировка – это высокотехнологичный способ нанесения несмываемых меток на различные материалы путем изменения структуры поверхности под воздействием лазерного излучения. [26, с. 33] Применяется в машиностроении, электронике, медицинской промышленности, ювелирном деле и других сферах, где требуется точная и долговечная идентификация продукции.

Особенности лазерной маркировки:

- бесконтактный процесс – отсутствие механического воздействия на изделие

- высокая точность – возможность нанесения микронных меток (до 0,01 мм)

- широкий диапазон материалов – металлы, пластики, стекло, керамика, резина

- разнообразие видов маркировки – гравировка, отжиг, вспенивание, окрашивание

Преимущества технологии:

- долговечность – метки устойчивы к истиранию, высоким температурам и агрессивным средам;

- высокая скорость – процесс занимает доли секунды (до 1000 знаков/сек) [27, с. 101];

- гибкость – возможность нанесения сложных графических изображений и 2D-кодов;

- экологичность – отсутствие расходных материалов и вредных выбросов;

- автоматизация – легко интегрируется в производственные линии.

Недостатки метода:

- высокая стоимость оборудования – промышленные маркеры требуют значительных инвестиций;

- ограничения по материалам – некоторые пластики могут обугливаться или плавиться [28, с. 67];

- требовательность к настройкам – необходима точная регулировка мощности и фокусировки;

- необходимость обслуживания – требуется периодическая очистка оптики и охлаждающих систем.

2.3 Сравнение методов и выбор направления

Лазерная маркировка превосходит каплеструйную по долговечности, точности и устойчивости к внешним воздействиям. Она обеспечивает несмываемые метки, подходит для сложных материалов и не требует расходных материалов, что снижает эксплуатационные затраты. Хотя оборудование дороже, его высокая скорость, автоматизация и экологичность делают лазерную маркировку оптимальным выбором для производств, где важны надежность и постоянство маркировки.

Таким образом, для решения задач АО «У-У ППО», требующих максимальной износостойкости и четкости, лазерная технология предпочтительнее.

Глава 3. Проблемы лазерной маркировки на лакокрасочных покрытиях

1. Недостаточная исследованность технологии

В отечественной литературе мало исследований по лазерной маркировке по ЛКМ, что ограничивает понимание ее возможностей. [30, с. 52]

2. Методы полного удаления ЛК-слоя

Существующие методы часто основаны на полном удалении лакокрасочного слоя, что снижает качество маркировки и срок службы изделия.

3. Снижение долговечности изделий

Удаление ЛК-слоя ухудшает защитные свойства покрытия, особенно в условиях воздействия влаги и химикатов.

4. Отсутствие стандартизации

Нет четких стандартов по применению лазерной маркировки на разных типах ЛКМ, что затрудняет выбор оптимальных параметров.

Глава 4. Результаты эксперимента

Была проведена маркировка на двух типах покрытий:

- Корпус, покрытый эмалью ВЛ-725 – при маркировке на лазерной установке G-MARK 1000 наблюдался сильный нагрев и искрение из-за наличия алюминиевой пудры

- Кожух, покрытый эмалью МЛ-165 – успешно маркирован на лазерной установке G-MARK 1000 с поворотным устройством.

После перехода на УФ-лазерный маркер G-MARK 100 (с длиной волны 200–400 нм) удалось минимизировать тепловое воздействие на корпус.

Заключение

Лазерная маркировка является перспективной технологией, однако требует дальнейших исследований для оптимизации параметров нанесения на различные лакокрасочные покрытия. УФ-лазеры демонстрируют лучшие результаты при работе с чувствительными материалами. В данный момент работа продолжается и проводятся опыты с такими покрытиями как композиция ОС-92 и эмалью ЭП-91; ХВ-16.