حکاکی با لیزر: راه‌حل‌های شناسایی دائمی

اصول اساسی فناوری حکاکی با لیزر

تکنولوژی لیزر مارکینگ یک فرآیند غیرتماسی است که از یک منبع نوری برای تغییر سطح یک قطعه یا کامپوننت استفاده می‌کند. سه تکنیک اصلی، شامل آنیل کردن برای فلزات (اکسیداسیون ناشی از گرما)، گراورینگ برای شناسایی عمیق (تصعید مواد)، و تغییر رنگ برای اصلاح شیمی سطح، برای نیازهای مختلف مواد مناسب هستند. این واکنش‌های فوتون-ماده بر اساس مطالعات انجام شده در تعامل فوتون-ماده با توجه به زیرلایه‌ها متفاوت هستند و این امر ایجاد تصاویر تیز را روی موادی از جمله تیتانیوم تا پلیمرها امکان‌پذیر می‌کند. سیستم‌های لیزری برای ماشین‌کاری با دقت بالا (دقت در مقیاس میکرونی) استفاده می‌شوند و مشکلات ناپایداری مکانیکی که می‌تواند منجر به آسیب حرارتی شود را ندارند، که این موضوع برای قطعات پزشکی و هوافضا بسیار حیاتی است. این امر قابل ردیابی مطابق با استانداردهای FDA/EU MDR را فراهم می‌کند که از طریق مارکینگ‌های ضد کپی و دوام بالا، مطابق با آزمون‌های ISO 13485:2024 انجام شده است.

سیستم‌های لیزر مارکینگ فایبر در مقابل CO2 و UV

نشانه‌گذاری صنعتی مدرن به سه فناوری اصلی متکی است که هر کدام برای نوع خاصی از مواد و الزامات دقت بهینه شده‌اند. انتخاب بین سیستم‌های لیزری فیبری، CO2 و UV به عواملی مانند ترکیب زیرلایه، عمق نشانه‌گذاری و حجم تولید بستگی دارد.

نشانه‌گذاری با لیزر فیبری: دقت در حکاکی فلزات

لیزرهای فیبری [url] نور لیزر 1064 نانومتری برای فلزات مناسب است و دقتی در حدود ±0.01 میلی‌متر در نشانه‌گذاری فلزاتی مانند فولاد ضد‌زنگ، تیتانیوم و آلومینیوم فراهم می‌کند. این دستگاه‌ها 20 تا 50 درصد سریع‌تر از روش‌های حکاکی مکانیکی برای ایجاد شماره‌های سریالی، کدهای QR و لوگوها هستند. تولیدکنندگان پره‌های توربین در صنایع هوافضا و تولید برق از لیزرهای فیبری برای ایجاد شناسه‌های دائمی روی پره‌ها استفاده می‌کنند که در دمای 1200 درجه سانتی‌گراد نمی‌سوزند. از آنجا که طراحی این دستگاه‌ها حالت جامد دارد، قطعات متحرک یا فیلامنت‌های شکننده‌ای وجود ندارد و می‌توان از آنها بیش از 100,000 ساعت بدون مشکل استفاده کرد!

لیزرهای CO2 برای مواد غیرفلزی

لیزرهای CO2 با طول موج 10.6 میکرومتری به خوبی با مواد ارگانیکی مانند ABS، MDF و چوب تخته‌ای و آکریلیک‌ها کار می‌کنند. روش بدون تماس آن‌ها اطمینان حاصل می‌کند که در حین حکاکی بسته‌بندی‌های پزشکی از لایه‌لایه شدن جلوگیری به عمل آید، همچنین نرخ بقا در استریلیزاسیون را برای انطباق با استانداردهای FDA به خوبی حفظ می‌کنند. فناوری‌های جدید امکان این را فراهم کرده‌اند که کابل‌های PVC را بتوان با فونت‌های 0.2 میلی‌متری هات استمپ کرد که 60% کوچک‌تر از فرآیند معمول هات استمپ است. با این حال، سیستم‌های CO2 برای همان میزان بهره‌وری به 15-25% انرژی بیشتری نسبت به لیزرهای فیبری نیاز دارند.

کاربردهای لیزر UV در حکاکی میکرو

حکاکی با لیزر UV (355 نانومتر) امکان تفکیک‌پذیری کمتر از 10 میکرومتر را برای شناسایی ویفرهای نیمه‌هادی بدون ایجاد میکروترک فراهم می‌کند. برای استاندارد ISO 13485، این فناوری سرد اطمینان حاصل می‌کند که تمام سطوح دستگاه‌های پزشکی از جنس پلی‌کربنات بدون آسیب باقی بمانند. سیستم‌های UV که توسط صنعت الکترونیک استفاده می‌شوند قادرند کدهای QR به اندازه 0.5 میلی‌متر مربع را روی برد مداری حک کنند که 80% کوچک‌تر از آنچه با لیزر فیبری امکان‌پذیر است، در حالی که قابلیت اسکن 100% دارند.

حکاکی لیزری در صنایع خودرو، هوافضا و پزشکی

سیستم‌های حکاکی لیزری در بخش‌های تولیدی که نیازمند شناسایی دائمی، ردیابی و انطباق با مقررات هستند، بی‌جایگزین شده‌اند.

حکاکی شماره شناسایی خودرو (VIN) برای ردیابی خودروها

سازندگان خودرو از لیزر فیبری برای حک کردن شماره‌های شناسایی خودرو (VIN) نیز استفاده می‌کنند که اغلب به‌صورت مستقیم روی بلوک موتور، شاسی یا جعبه دنده انجام می‌شود. این حک‌ها در برابر دماهای بسیار بالا و پایین (-40°C تا 500°C) و عوامل شیمیایی مورد استفاده در خودروها مقاوم هستند. برای مدیریت بازگشت و پیشگیری از سرقت، کدهای قابل اسکن با ارتفاع کاراکتر 0.1 میلی‌متری نیز روی سطوح کمی خمیده قابل اجرا است که این قابلیت یکی از ویژگی‌های پیشرفته محسوب می‌شود.

هماهنگی در شناسایی قطعات هوافضایی

لیزر پالسی UV در تولیدات هوافضا برای برچسب‌گذاری یا مشخص‌کردن پره‌های توربین تیتانیومی و آلومینیوم بدنه بدون ایجاد ترک‌های ریز استفاده می‌شود. سازمان هوانوردی ایالات متحده (FAA) نیازمند شماره‌های دائمی قطعات است که شامل دسته‌های حرارتی و کد تامین‌کننده (AS9100D) می‌شود. جعل تنها محدود به محصول نیست، بلکه مربوط به تولیدکننده (منبع) نیز هست. گواهی‌نامه بیانیه/کاربردها. همچنین موقعیت‌یابی مبتنی بر بینایی نیز در سیستم‌های لیزری ترکیبی گنجانده شده است که می‌توانند هندسه‌های پیچیده مانند دنده‌های نازل سوخت را با دقت 15 میکرونی پوشش دهند.

اجرای UDI دستگاه‌های پزشکی

حکاکی لیزری پزشکی مطابق با الزامات UDI (شناسایی منحصر به فرد دستگاه) مطابق با بخش 830 CFR فصل 21 FDA و MDR 2017/745 اتحادیه اروپا است. لیزرهای پیکوثانیه‌ای علامت‌های زیرسطحی روی ابزارهای جراحی فولادی ضدزنگ ایجاد می‌کنند که در برابر چرخه اتوکلاو مقاوم هستند. پیشرفت‌های اخیر امکان حک (DPM) ایمپلنت‌های پلیمری با ماتریس‌های داده به اندازه 0.78 میلی‌متر مربع و کوچک‌تر را فراهم کرده‌اند که شماره لات و تاریخ انقضا را حمل می‌کنند و منجر به کاهش 87% خطا در برچسب‌زنی شده‌اند.

جلوگیری از کلاهبرداری و انطباق با مقررات

علامت‌گذاری دائمی برای انطباق با مقررات FDA/MDR اتحادیه اروپا

دستورالعمل‌های FDA (2023) و مقررات دستگاه‌های پزشکی اتحادیه اروپا (MDR) نیازمندی برای حکاکی دائمی لیزری اجزای حیاتی (مانند ابزارهای جراحی و ایمپلنت‌ها) را ایجاب می‌کنند. این مقررات شناسه منحصر به فرد دستگاه (UDI) را به عنوان یک شناسایی غیرقابل پاک کردن الزامی می‌دانند تا از تفاوت بین دستگاه‌ها و سابقه‌های مربوطه در طول 15 تا 30 سال عمر یک دستگاه جلوگیری شود. در یک بررسی از بازگرداندن دستگاه‌های پزشکی در سال 2022، 62% از موارد عدم رعایت استاندارد‌ها به دلیل علامت‌گذاری‌های غیرخوانا یا کاملاً فرسوده گزارش شد که منجر به استفاده گسترده‌تر از سیستم‌های لیزر الیافی شد که امکان حکاکی با عمق زیر 5 میکرون را در تیتانیوم و فولاد زنگ‌نزن فراهم می‌کنند.

حفاظت از برند از طریق حکاکی میکرومتون

سیستم‌های لیزر UV برای ایجاد ارتباط بین دو مورد با هم، از طریق حک کوچک از دنباله‌های الفبایی-عددی (با ارتفاع 0.05 تا 0.2 میلی‌متر) روی مواد محصول به‌منظور تولید ویژگی‌های احراز هویت پنهانی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. یک مطالعه در سال 2023 در زمینه مبارزه با کالای جعلی نشان داد که استفاده از حک میکرو متن به جای هولوگرام‌ها، تلاش‌های غیرمجاز برای کپی‌برداری در کالاهای لوکس و داروها را تا 78٪ کاهش داده است. این قابلیت به تولید‌کنندگان این امکان را می‌دهد که داده‌های مخصوص به هر سری را در ماتریس‌های دوبعدی کوچک‌تر از 0.8 میلی‌متر مربع با تنش کمتر از 0.1٪ در ماده کدگذاری کنند - نکته‌ای مهم برای آلیاژهای حساس هوانوردی و همچنین مقررات FDA و سایر مراجع نظارتی در بسته‌بندی داروهای پلیمری.

اتوماسیون تولید هوشمند (هوش مصنوعی و اینترنت اشیاء)

هوش مصنوعی و اینترنت اشیا (IoT) که در سیستم‌های نشانه‌گذاری لیزری ادغام شده‌اند، کارایی تولید را در تمامی بخش‌ها دگرگون کرده‌اند. گزارش تولید هوشمند ۲۰۲۴ برجسته می‌کند که سازندگانی که از این فناوری‌ها استفاده می‌کنند، می‌توانند بهبودهای خودکار فرآیندی را تجربه کنند که منجر به کاهش ۱۲ درصدی هزینه‌های عملیاتی و افزایش ۱۰ درصدی بهره‌وری می‌شود. این ادغام اجازه می‌دهد تا دستگاه‌های نشانه‌گذاری لیزری به‌صورت خودکار تنظیمات را تطبیق دهند و نگهداری آینده را پیش‌بینی کنند تا جریان کاری بهینه‌ای درون سیستم‌های صنعت ۴٫۰ ایجاد شود.

جریان کاری نشانه‌گذاری خودکار با دید هوش مصنوعی

چنین سیستم بینایی مبتنی بر هوش مصنوعی می‌تواند دقت 99.9 درصدی در تشخیص عیب در مارک‌زنی لیزری را فراهم کند. این سیستم‌ها به‌صورت زنده بافت سطح و خصوصیات ماده را ارزیابی می‌کنند و به‌صورت خودکار هرگونه ناهنجاری که قبلاً تنظیم دستی می‌نیازید را جبران می‌کنند. کمیسیون اروپا افزایش 25 درصدی بهره‌وری را در کارخانه‌های هوشمند پیش‌بینی می‌کند، به عنوان نتیجه‌ای از چنین فرآیندهای خودکار (تا سال 2027)، در شرایطی که مارک‌زنی حجم بالایی از قطعات، دقت بالای ترازبندی مارک را نسبت به فرآیند مونتاژ بعدی ضروری می‌داند.

کنترل کیفیت به‌صورت زنده از طریق سنسورهای اینترنت اشیا

مارکر‌های لیزری مجهز به اینترنت اشیا، 150+ پارامتر از فرآیند را در هر ثانیه به پلتفرم‌های نظارتی متمرکز منتقل می‌کنند. این جریان داده‌ها امکان تنظیمات فوری در میزان توان و طول کانونی را فراهم می‌کند، هنگامی که سنسورهای محیطی نوسانات دما یا رطوبت را تشخیص دهند. تولیدکنندگان گزارش داده‌اند که از زمان اجرای این سیستم‌های متصل، 20 درصد کمترین ردیف کیفیت در کاربردهای مارک‌زنی دستگاه‌های پزشکی مشاهده شده است.

پیشرفت‌های فناوری که رشد بازار را تسریع می‌کنند

دستگاه‌های لیزری کوچک روی میز (روند سال 2025)

در واقع، حرکت به سمت چنین راه‌حل‌های لیزری فضای کمتری می‌طلبد، با گزارش 65٪ از تولیدکنندگان که سیستم‌های کمپکت روی میز، انتخاب اول برای مارکینگ قطعات کوچک است. این دستگاه‌ها (با مساحت کمتر از 0.5 متر مربع) نسبت به دستگاه‌های متداول 40٪ انرژی صرفه‌جویی می‌کنند و دقت ماشین‌کاری 20 میکرونی فلزات و پلیمرها را حفظ می‌کنند. رشد سالانه متوسط 12٪ برای دستگاه‌های مارکینگ لیزری کوچک تا سال 2030 پیش‌بینی شده است، زمانی که سازگاری آنها با گردش کارهای کنترل کیفیت مبتنی بر هوش مصنوعی در تولید محصولات الکترونیکی و پزشکی این روند را تقویت می‌کند.

سیستم‌های لیزری جوشکاری/مارکینگ هیبریدی

تولیدکنندگان پیشرو در حال حاضر یا در آینده به ترکیب جوشکاری و مارک‌زنی در یک سیستم تک‌سری می‌پردازند و این امر مراحل تولید را در تولید قطعات خودرو به میزان ۳۰ درصد کاهش می‌دهد. این سیستم‌های میکرو هیبریدی دقت ترازبندی بین درز جوش و کدهای ماتریس داده‌ها را تا حد ≤‏۰٫۱ میلی‌متر رعایت می‌کنند، در حالی که به سطح هوافضایی AS9100 دست می‌یابند – بدون اینکه نیاز به ابزارهای تعویض‌پذیر اضافی باشد. گزارش‌های اخیر از نصب‌های انجام‌شده حاکی از صرفه‌جویی ۲۵ درصدی در مصرف گاز آرگون برای پردازش قطعات تیتانیومی است که این امر نیازمندی به تولید هرچه مقرون‌به‌صرفه‌تر و زیست‌محیطی‌تر را برآورده می‌کند.

رشد بازار جهانی مارک‌زنی لیزری تا سال ۲۰۳۵ با نرخ رشد سالانه مرکب ۸٫۳ درصد پیش‌بینی شده است که تحت تأثیر تقاضای فزاینده برای شناسایی دائمی قطعات در بخش‌های مختلف تولیدی قرار دارد. تا سال ۲۰۳۰، این بازار از مرز ۴٫۲ میلیارد دلاری عبور خواهد کرد، که ۴۲ درصد از نصب‌ها در منطقه آسیا و اقیانوسیه به دلیل گسترش تولید خودرو و الکترونیک در چین و هند اتفاق خواهد افتاد.

سه عامل اصلی این رشد را شکل می‌دهند:

• الزامات نظارتی : الزامات سفت FDA و EU MDR باعث خواهد شد تا تولیدکنندگان دستگاه‌های پزشکی تا سال 2028، 98 درصد از درون‌ریزهای کلاس II/III را با استفاده از نشانه‌گذاری لیزری علامت‌گذاری کنند
• انتگراسیون کارخانه هوشمند : سیستم‌های نشانه‌گذاری مجهز به اینترنت اشیا تا سال 2027، 67 درصد از نصب‌های صنعتی جدید را شامل خواهند شد
• درخواست ضد جعل : راهکارهای حکاکی لیزری میکرومتون برای کالاهای لوکس و داروهای داروسازی تا سال 2035، 12 درصد رشد سالانه خواهند داشت

آمریکای شمالی و اروپا به دلیل پروتکل‌های تأیید مجدد در صنعت هوانوردی و استانداردهای ردیابی باتری خودروهای برقی، بازارهای کلیدی باقی خواهند ماند، در حالی که اقتصادهای نوظهور در حال شتاب بخشیدن به پذیرش سیستم‌های کوچک دستی برای حکاکی قطعات کوچک هستند.

‫سوالات متداول‬

چیست فناوری نشانه‌گذاری لیزری؟

فناوری نشانه‌گذاری لیزری یک فرآیند بدون تماس است که از یک منبع نور لیزر برای تغییر سطح یک ماده به منظور شناسایی استفاده می‌کند و اغلب برای ردیابی، ضد جعل و رعایت مقررات استفاده می‌شود.

لیزرهای فیبری چگونه با لیزرهای CO2 و UV متفاوت هستند؟

لیزر فیبری بهترین گزینه برای مارک‌زنی فلزی با دقت بالا است. لیزر CO2 برای مواد غیرفلزی و ارگانیک و لیزر UV برای کاربردهای میکرو-مارک‌زنی، به‌ویژه در الکترونیک، موثر است.

چه صنایعی از سیستم‌های مارک‌زنی لیزری استفاده می‌کنند؟

سیستم‌های مارک‌زنی لیزری در صنعت خودرو برای مارک‌زنی شماره شاسی (VIN)، در هوانوردی برای شناسایی قطعات مطابق با استانداردها و در بخش پزشکی برای شناسایی دستگاه‌ها (UDI) کاربرد دارند.

مارک‌زنی لیزری چگونه می‌تواند از جعل کالا جلوگیری کند؟

با استفاده از حک متون بسیار ریز و علائم دائمی، سیستم‌های لیزری می‌توانند ویژگی‌هایی ایجاد کنند که امکان تأیید اصالت محصول را فراهم کرده و از تلاش‌های غیرمجاز برای کپی‌برداری بکاهند.

آینده فناوری مارک‌زنی لیزری در تولید چیست؟

ادغام هوش مصنوعی (AI) و اینترنت اشیا (IoT) در بهبود کارایی تولید موثر است، همچنین سیستم‌های لیزری کامپکت دستی و سیستم‌های ترکیبی روندهایی هستند که در رشد بازار نقش دارند.