Lasermarkeren:plaatsen gaan

Lasermarkering gaat onder zee, onder oppervlakken en ultrasnel.

Het gevestigde gebied van lasermarkeren blijft nieuwe wegen inslaan met groeiende zakelijke kansen in de automobiel-, olie- en gasindustrie, medische en andere industrieën.

Ultrasnelle lasers - die in het picoseconde en femtoseconde regime - komen naar voren als belangrijke spelers in een aantal bijzonder delicate, federaal verplichte medische toepassingen. Er is steeds meer vraag naar nieuwe gepatenteerde softwareversies en aangepaste markeersystemen. En een belangrijk nieuw partnerschap tussen een relatief jonge systeemaanbieder en een wereldleider op het gebied van draden en harnassen toont verder het robuuste momentum van lasermarkering aan.

En, in lijn met het streven naar Industrie 4.0, worden nieuwe automatiseringsmaatregelen uitgerold om de doorvoer van lasergemarkeerde producten te vergroten.

Hoewel decoratieve lasermarkering al enige tijd in gebruik is, maakt de groeiende behoefte aan merkbescherming via track-and-trace-markering van complexe codes op een breed scala aan hoogwaardige onderdelen de technologie belangrijker dan ooit.

Samen groeien

Voor het in Finland gevestigde Cajo Technologies wordt 2019 gevormd om het momentum van vorig jaar voort te zetten met een nieuw verkoop- en distributiepartnerschap met draad- en kabelboomgigant Anixter, evenals uitbreiding van het werk met onderzeese kabels.

Die industrieën zijn sterk afhankelijk van snelle on-the-fly markering, wat volgens president Ismo Rantala de snelstgroeiende toepassing van Cajo blijft. Cajo, actief sinds 2010 en met het Amerikaanse hoofdkantoor in New Orleans, prijst zichzelf aan als de snelste lasermarker ter wereld, wat duidelijk de aandacht van Anixter trok.

Anixter "is de grootste draaddistributeur ter wereld", legde Rantala uit, "en ze hebben wereldwijd meer dan $ 1 miljard aan draden." Door de expertise van Cajo in huis te halen, voegt Anixter waarde toe voor haar klanten, die ofwel voorgemarkeerde draden of een Cajo-markeringssysteem rechtstreeks van de draadleverancier kunnen verkrijgen.

"De draad-en-kabelboomindustrie heeft ontdekt dat on-the-fly markering de toekomst is van het markeren van alles wat ze doen," zei Rantala. Hij merkte op dat 90 procent van de uitvaltijd bij markeertoepassingen doorgaans te wijten is aan het falen van verstopte inktmachines. Lasers hebben daarentegen geen verbruiksartikelen en kunnen
100.000 uur meegaan, zei hij.

Ondertussen versterkt Cajo, dat voornamelijk aan OEM's verkoopt, zijn eigen softwaresuite, waardoor ze in hetzelfde rijk worden geplaatst als Trumpf en Rofin. Het nieuwste ontwerpaanbod van het bedrijf is CajoCAD 3.0. In feite ligt de prioriteit van Cajo op dit moment bij software-ingenieurs, zei Rantala, met als doel de draadmarkeringssnelheden te blijven verbeteren op basis van specificaties die zijn gevraagd door de grootste draadfabrikanten in de branche.

Voortdurende innovatie is vooral belangrijk voor Cajo vanwege de vraag naar zijn systemen voor het markeren van onderzeese kabels tussen booreilanden en het vasteland. Deze met kunststof beklede kabels kunnen tot 80 km (49 mijl) lopen, zoals in het geval van de glasvezelkabels en vloeistofleidingen die door het Noorse Aker Solutions voor de energie-industrie worden geproduceerd. Er kunnen meerdere individuele kabels in een grotere kabel worden ondergebracht.

Voor Aker heeft Cajo een markeercel met drie lasers gemaakt die markeringen maakt in stappen van 120o rond de kabel, zodat de markeringen die de projectnaam en kabellengte aangeven vanuit elke hoek te zien zijn. Omdat de glasvezelkabels niet kunnen draaien en goed kunnen functioneren, zorgt een enkele gemarkeerde lijn bovenop ervoor dat ze in hun juiste richting blijven. Andere markeringen geven de afstand aan van een bepaald deel van de kabel tot het schip, de boorinstallatie of het vasteland. “Dat is voor het oplossen van problemen; als er iets gebeurt met een kabel, kunnen ze pingen waar de fout zit en het gaan repareren."

Wat de lasers in zijn systemen betreft, vertrouwt Cajo op vezeleenheden, die "99 procent van de materialen" kunnen markeren, beweerde Rantala. "We kunnen liglijnen en sequentiële markeringen voor de onderzeese kabels op PVC en andere materialen markeren met lasers, en dat heeft de aandacht getrokken van bedrijven die deze producten maken."

Kort en scherp

Op een veel kleinere schaal in termen van onderdeelgrootte, begint de medische gemeenschap ultrasnelle of ultrakorte pulslasers te omarmen in het picoseconde en zelfs femtoseconde regime om permanente unieke apparaatidentificaties (UDI's) op roestvrijstalen apparaten te markeren.

Hoewel nanosecondelasers al enige tijd succesvol zijn in het markeren van producten, merkte Thorsten Ferbach, business development manager voor Coherent-Rofin, Santa Clara, Californië op, dat hun impact op roestvrij staal kan leiden tot corrosie bij herhaald autoclaveren. Dus hoewel picoseconde-lasers een aanzienlijke investering zijn, betalen ze zichzelf meer dan terug bij de productie van hoogwaardige medische apparaten, waarbij een storing nooit een optie is.

De drijvende kracht achter deze technologie is de FDA-verordening die in september 2018 van kracht werd en bepaalt dat medische hulpmiddelen die meerdere sterilisatierondes vereisen, markeringen dragen die na verloop van tijd niet zullen verslechteren. De regelgeving is bedoeld om te garanderen dat artsen over de hele wereld toegang hebben tot de gegevens die in deze markeringen zijn gecodeerd. Falen bij het lezen van deze codes genereert records in de FDA-database, legde Ferbach uit, en te veel rapporten voor een bepaald product kunnen ertoe leiden dat de FDA de productie stopzet als onderdeel van een groot onderzoek.

Om aan deze vraag te voldoen, heeft Coherent-Rofin zijn Rapid NX picoseconde-laser geoptimaliseerd, legt Ferbach uit. In tegenstelling tot nanoseconde-lasers, die donkere markeringen produceren door zwarte oxide op het oppervlak van een materiaal te creëren, verandert picoseconde markering de ondergrondse nanostructuur van materiaal zoals 1.4301 roestvrij staal, waardoor licht wordt opgevangen en geabsorbeerd om markeringen met hoog contrast te produceren.

"Het is in principe vergelijkbaar met de beschermende huid van stealth-straaljagers", legt Ferbach uit. “Als je die huid blootstelt aan radarstralen, is er geen reflectie; het vliegtuig wordt onzichtbaar.” Met een roestvrijstalen apparaat absorberen de gebieden die zijn behandeld met de picoseconde-laser licht om als donkere vlekken te verschijnen. En in tegenstelling tot een oxidemarkering, die van uiterlijk kan veranderen afhankelijk van de hoek waarin deze wordt bekeken, ziet de zwarte ondergrondmarkering er vanuit alle hoeken hetzelfde uit.

In termen van doorvoer en de mogelijkheid om het markeerproces te volgen, is er geen verschil tussen de nanoseconde en picoseconde laser in deze toepassing, merkte hij op. Maar voordat een klant met een project aan de slag gaat, voert Coherent-Rofin een haalbaarheidsstudie uit. Dit zorgt ervoor dat de picoseconde-laser werkt onder de juiste parameters voor de taak en dat de klant de preventieve onderhoudsmaatregelen voor deze intern watergekoelde units begrijpt.

Buiten medische apparaten hebben andere industrieën het potentieel om de precisie van ultrakorte pulslasers voor markering te omarmen.

Eigentijds keukenontwerp, met de nadruk op roestvrijstalen apparaten, is een ideale kandidaat, merkte Ferbach op. "Je ziet dat roestvrijstalen artikelen zijn geëtst of bedrukt", legde hij uit. Fabrikanten in deze industrie vermijden op dit moment nanoseconde-lasers vanwege de eerder genoemde variabiliteit van hoe zwarte vlekken verschijnen wanneer ze vanuit verschillende hoeken worden bekeken. "Dit is waar we de markt nog moeten informeren" over de voordelen van ultrasnelle lasers.

Naast apparaten, vervolgde hij, omarmen OEM's van consumentenelektronica ook ultrasnel.

Qua materialen kunnen picoseconde-lasers ook op titanium markeren, vooral voor implantaten; geanodiseerd aluminium, vaak gebruikt in orthopedische apparaten; en PEEK- en PPSU-kunststoffen.

Portfolio en markten uitbreiden

Dapra Marking Systems uit Bloomfield, Conn., begon ongeveer twee jaar geleden met het maken van zijn eigen lasersystemen om te profiteren van meerdere kansen, variërend van grote OEM's tot kleine fabrikanten op maat. Van apparaten met een laag vermogen tot het relatief hoge markeervermogen van 100 W, Dapra heeft zijn aanbod verder uitgebreid met een nieuwe op glasvezel gebaseerde groene laser en picoseconde lijn.

"We sprongen aan boord en begonnen picoseconde-lasers aan te bieden, want als je de juiste toepassing hebt en alleen picoseconde zal het doen, past het goed", zegt Dave Noonan, directeur laserverkoop en -toepassingen. “Zie UV-markering als koude markering omdat er een zeer kleine hittesignatuur is. Met picoseconde-lasers is het net zo met steroïden.”

Het bedrijf biedt ook een behuizing aan met een programmeerbare schuif die aan de achterwand is gemonteerd. Met deze X-as schuif kunnen gebruikers de laserkop over een veel grotere afstand verplaatsen. Een typische schuif maakt een beweging van 30″ (762 mm) mogelijk, legt Noonan uit, waardoor het markeren van meer onderdelen of zeer lange onderdelen zoals een geweerloop of een reeks lopen mogelijk is. Dit in tegenstelling tot de meer gebruikelijke vierkante markeringsvlakken van ongeveer 110-170 mm.

Ondertussen maakt een nieuwe toevoeging aan Dapra's softwaresuite een snellere roterende indexering van cilindrische onderdelen zoals chirurgische instrumenten mogelijk. "Als je een sonde hebt en je moet ringen op de sonde leggen om te weten hoe diep deze in het weefsel gaat, moeten deze ringen op een zeer consistente manier worden aangebracht", legt Noonan uit. “Een typische ‘derde as’ voor het markeren van ringen vereist dat je markeert en vervolgens indexeert; het staat je niet toe om beide tegelijkertijd te doen. (Onze nieuwe software) laat ons tegelijkertijd markeren en draaien", waarmee een langdurige strijd voor fabrikanten wordt overwonnen, en tegen lagere kosten dan echte on-the-fly software.

Naast de software-opties en op maat gemaakte kasten, heeft Dapra een nieuwe controller ontwikkeld die voor elk laservermogen in een van zijn kasten kan worden geplaatst. "Het is erg modulair van aard," zei Noonan. Dezelfde controller wordt ook gebruikt voor Klasse 4-aanbiedingen, die behoorlijk populair zijn geworden.

De systemen van Dapra hebben snel gebruikers gevonden voor toepassingen in de medische sector, de ruimtevaart, de auto-industrie, de productie van tandwielen en zware landbouwmachines.

"Lucht- en ruimtevaart is een sector die vorig jaar behoorlijk heet was en dit jaar roodgloeiend lijkt te worden", merkte hij op. De industrie neigde van oudsher naar dot-peen-markering, voegde hij eraan toe, gezien de regelgeving die markering met lage spanning voorschrijft. "We zien een toenemende interesse van de lucht- en ruimtevaartindustrie om een ​​groter aantal onderdelen en veel grotere projecten te markeren."

Hoewel die projecten meestal afkomstig zijn van grotere spelers, komen ook kleinere fabrikanten op maat naar voren, wat Dapra ertoe aanzet een productlijn te introduceren die aan hun behoeften voldoet.

"Ik was net bij een installatie in Florida waar we een laser hebben verkocht aan een kleine medische fabrikant" met slechts anderhalf werknemers, herinnert hij zich. “Hij maakt tractiepennen, chirurgische trays, botschroeven en meer. In het verleden waren lasers te duur voor een kleine speler als deze; niet langer. Het is een nieuwe wereld en we hebben relevante oplossingen.”

Nu de laserprijzen dalen, zei Noonan, verwacht Dapra een nog groter jaar in 2019, omdat meer fabrikanten lasermarkering aan hun repertoire kunnen toevoegen.

Een opmerkelijk groeigebied is de geautomatiseerde markering van kunststoffen, zei hij. Eén spuitgieterij "trekt ergens tussen de twee en vier onderdelen uit een mal en presenteert ze één voor één aan een in-line laser voor het markeren van een datamatrix." Het systeem bevestigt de leesbaarheid van de markeringen voordat de onderdelen worden weggenomen of, indien onleesbaar, activeert het systeem een ​​reeks om een ​​tweede markering uit te voeren.

En het afgelopen jaar hebben tandwielfabrikanten zich tot Dapra-lasermarkeersystemen gewend in plaats van dot-peen om hun kosten "aanzienlijk te verlagen, en ze zijn enthousiast over de productiewaarde die lasers op tafel hebben gebracht."

Hoewel puntmarkering minder kostbaar is, brengt het problemen met het vasthouden van onderdelen en slijtage van de hardmetalen markeringspen met zich mee, met als gevolg een verslechtering van de helderheid van de markering. "De contactloze methode van lasermarkeren is echt superieur en wordt om een ​​goede reden omarmd:je hebt geen onderdelen die verslijten en je markeringen zijn ongelooflijk herhaalbaar en betrouwbaar."

Datagestuurde oplossingen

Het volgen van al die gemarkeerde gegevens is net zo belangrijk als het maken van de markeringen, en de heen-en-weer overdracht van kritieke informatie tussen software en markeerapparatuur is een sleutelelement in het systeemontwerp.
Het creëren en beveiligen van die bidirectionele keten van communicatie is essentieel om productie-ingenieurs en degenen die verantwoordelijk zijn voor het handhaven van de productiviteit op de vloer in staat te stellen relevante gegevens te volgen, beweerde Dave Sweet, president van Mecco, Cranberry Township, Pa.

In lasergemarkeerde lucht- en ruimtevaartcomponenten voor Honeywell bijvoorbeeld, "krijgen we variabele gegevens uit een systeemdatabase. Enterprise-software stuurt ons die informatie, en we markeren niet alleen de onderdelen, maar gebruiken ook vision-systemen om te controleren of de informatie die we op de onderdelen hebben gemarkeerd, overeenkomt met wat ons is toegestuurd.” Het systeem van Mecco genereert vervolgens een rapport dat wordt opgeslagen voor de overheid om die UDI's te registreren.

Volgens Mecco's case study van het Honeywell-project, kan het 20 W SMARTmark-vezellasersysteem "overal worden aangesloten met 120 VDC en neemt de helft van de voetafdruk van de oude YAG-flatbed in beslag." Ook zijn kwaliteitsmeldingen en retourzendingen die $ 2500 per incident hadden gekost, aanzienlijk gedaald.

In de autowereld, merkte Sweet op, krijgen veiligheidsgerelateerde onderdelen en die van bepaalde dollarbedragen unieke identificatietekens - allemaal getraceerd naar het voertuigidentificatienummer. Dit omvat nokkenassen, krukassen, blokken, transmissiekasten en zelfs connectoren. Nadat die componenten met streepjescodes zijn gemarkeerd, worden die "ouder-kindrelaties" aangemeld bij een database die uiteindelijk al die informatie aan het VIN koppelt.

Het markeren van systeemconnectiviteit strekt zich steeds meer uit tot het werken naast collaboratieve robots of cobots. MECCO heeft onlangs een systeem geïnstalleerd dat een cobot gebruikt om onderdelen uit een lade te halen en ze vervolgens vast te houden om te scannen door een vision-systeem. Het vision-systeem stuurt informatie naar de lasermarker, waarna de cobot het onderdeel naar de laser brengt om te markeren. Nadat één kant is gemarkeerd, brengt de cobot het onderdeel naar een camera om te controleren of de markeringen juist zijn voordat elke andere kant van het onderdeel wordt gemarkeerd.

"De behoefte aan traceerbaarheid groeit nog steeds", zegt Sweet. "Klanten zijn meer op zoek naar op oplossingen gebaseerde systemen dan alleen een laser in een doos", wat betekent dat de markt voor modulaire, op configuratie gebaseerde benaderingen om te voldoen aan de steeds specifiekere behoeften op het gebied van productieflexibiliteit zal blijven groeien.

Mecco baseert over het algemeen ongeveer 80 procent van zijn systemen op vier basisbehuizingsafmetingen waaraan draaiknoppen van 6, 18, 24 of 36″ (152, 457, 610 of 914 mm) kunnen worden toegevoegd die voortdurend nieuwe onderdelen laten circuleren die moeten worden gemarkeerd. Elke behuizing heeft ook de optie van een X-Y-tafel. De overige ongeveer 20 procent van Mecco's systemen kan worden aangepast, inclusief uitgeklede grafische gebruikersinterfaces waarmee operators taken kunnen laden en controleren.

Een recente klant die gereedschap maakte, moest bijvoorbeeld een bak met onderdelen van 30 × 30″ (762 × 762 mm) afdekken, waarvoor de extra grote behuizing van Mecco en het X-Y-Z-portaalsysteem nodig waren. "In plaats van dat ze meerdere lasers moesten kopen, konden ze één laser kopen, dit systeem laden, op go drukken en weglopen."

In een ander geval gebruikte een watermeterbedrijf een combinatie van dot peen en lasermarkeren met een roterend werkstation met vier standen. Een koperen behuizing had een serienummer gemarkeerd met dot peen, en een laser dupliceerde dat serienummer op het zwarte plastic deksel.

Een goed systeemontwerp werpt duidelijk zijn vruchten af, zoals in het geval van een medische klant van Mecco die opwaardeerde van oudere diodelasers naar een vezelsysteem en de totale machinecyclustijd zag dalen van 18 seconden naar minder dan 11 seconden, met een betere markeringskwaliteit die betere visuele inspectie met handscanners.

Voeg daarbij het feit dat Sweet meer kleine winkels ziet investeren in robots om hun systemen te begeleiden, en het is duidelijk dat lasermarkeren een robuust en onmisbaar industrieel bedrijf is geworden en zal blijven ontwikkelen.