Маркировка металла CO2-лазером: пасты, чернение и когда нужен волоконный

Почему CO2 не метит голый металл

Металл отражает излучение на длине волны CO2-лазера, а теплопроводность быстро уводит остаток тепла. В обзорной статье о лазерной гравировке прямо сказано, что металлы нелегко гравировать обычными 10,6-микронными CO2-лазерами из-за высокой отражающей способности, а для металлов подходят волоконные и твердотельные лазеры около 1 мкм (иттербиевые, Nd), которые поглощаются металлом лучше. Отражённый луч заодно опасен для станка: он возвращается к линзе, поэтому на блестящем металле CO2-лазер держат на малой мощности.

Производители CO2-станков сами оговаривают это в описании. Например, для CO2-маркеров Wattsan в карточках класса указано, что металлы они не маркируют, кроме окрашенных и анодированных покрытий.

Что сработает на CO2

Анодированный алюминий CO2-лазеры гравируют давно: по обзору, лазер выбеливает цвет и обнажает белую или серебристую основу, а при мощности меньше 40 Вт металл гравируется легко. Американская компания Epilog, производитель лазерных граверов, в таблице режимов выделяет отдельные строки для анодированного алюминия: текст там лучше всего выходит на 600 dpi, а фото и клипарты до 400 dpi. Режимы всех станков разные, для себя их подбирают на обрезке.

Маркировочные пасты и спреи

Принцип описан в той же статье о гравировке: на металл наносят покрытие, видимое для лазерного излучения, и луч сплавляет покрытие с основой. Серийные составы продаются под разными названиями; в той же таблице есть строка «нержавеющая сталь с Cermark»: 600 dpi, на 30–120 Вт скорость и мощность подбираются под станок. Практики на форумах называют состав на основе оксида молибдена и подчёркивают, что нужна именно специальная паста, а не подручные средства.

Подробные режимы и допустимые подложки есть в документации на конкретную пасту, и они меняются от состава, поэтому цифры из одной статьи на другую пасту не переносят. Аэрозоли воспламеняются, дым от них раздражает дыхательные пути, поэтому работают при вытяжке и без открытого огня.

Чего не делать

Операторы описывают популярные «рецепты» с маслом, графитом и зубной пастой и сходятся в одном: они дают след, который не выдерживает испытаний, а отчистить станок потом сложнее. Для сувенира «на один раз» такое проходит, но заказчику с табличкой на нержавейке нужна стойкость, и её даёт только специальная паста или волоконный маркер.

Не стоит рассчитывать, что большая мощность CO2 поможет «пробить» металл: отражение растёт, а не падает, и вы рискуете линзой.

Когда нужен волоконный маркер

Волоконный лазер с длиной волны около 1 мкм хорошо поглощается металлом и метит голую поверхность без пасты. Он даёт чёрную маркировку на нержавейке за счёт окисления, глубокую гравировку и коды DataMatrix, а MOPA-версии с регулируемой длительностью импульса дают цвет на нержавеющей стали. Об этом подробно в материалах про рейтинг волоконных маркеров, MOPA-лазеры и глубокую гравировку.

Пороги, после которых CO2 с пастой перестаёт быть разумным выбором:

• Серия. Паста требует подготовки, сушки и смывки на каждой детали, у волокна этих шагов нет.
• Стойкость. Знак от пасты держится в бытовых условиях, но детали под нагрузкой, истиранием, нагревом и химией лучше метить волокном.
• Коды. DataMatrix и QR на металле читаются надёжно при волоконной маркировке, пасту для этого используют редко.
• Глубина. Паста даёт поверхностный знак, а рельеф и глубокие шильды делает волокно.

Волоконные маркеры бывают настольные и напольные, с полем от 100×100 до 300×300 мм и мощностью 20–100 Вт. Из того, что встречается в мастерских, это маркеры серии FL у Wattsan и модели Zerder, а для цветной маркировки нержавейки у той же линейки есть MOPA-версии на источниках JPT M7. Покупая такой маркер, спросите, кто будет делать пусконаладку: у продавцов с собственным сервисом, вроде Lasercut, пусконаладка и обучение оператора входят в поставку.

Окрашенный металл и порошковая краска

Если деталь покрыта краской или порошковой эмалью, CO2-лазер снимает покрытие в нужных местах, и рисунок получается из контраста между краской и металлом под ней. Здесь главное не перегреть основу: лишняя мощность оставляет на металле цвета побежалости и пятна, а недостаточная оставляет плёнку краски. Режим подбирают на обрезке с тем же покрытием: у разных красок и толщин слоя разный порог. Такая гравировка стирается так же, как и сама краска, поэтому для деталей, которые будут царапаться и мыться, она менее стойкая, чем знак на металле.

Как проверить, что знак стойкий

Табличку отдают заказчику, и она должна пережить его условия. Практики проверяют знак до отгрузки:

1. Ластик и ноготь. Знак от качественной пасты после смывки не стирается ни ластиком, ни ногтем. Если стёрся, лазер не сплавил слой.
2. Протирка растворителем или спиртом. Знак не должен бледнеть.
3. Влага. Деталь выдерживают во влажной ветоши или под водой, как она будет работать.
4. Нагрев и механика. Для деталей, которые греются или трутся, проба делается в тех же условиях: общих гарантий здесь нет, сверяйтесь с документацией на пасту.

Результат пробы записывают вместе с режимом и номером партии пасты: состав и срок годности меняются, и режим, подобранный в прошлом месяце, на новой банке может отличаться.

Считаем, что выгоднее: паста или волокно

Для серии выгода определяется не ценой станка, а временем на одну деталь. Возьмём условный пример для расчёта, а не измеренные значения. Допустим, на подготовку детали под пасту (очистка, нанесение, сушка) уходит 3 минуты, на гравировку 1 минута, на смывку и контроль ещё 1 минута, а на волоконном маркере вся операция занимает 1 минуту. Для 200 деталей это 5 минут против 1 минуты на деталь: 1000 минут, около 17 часов, против 200 минут, около 3,5 часа. Разница в 13,5 часа рабочего времени оператора за партию и есть та цена, которую станок на CO2 платит за возможность метить металл.

Если заказов на металл три-четыре в месяц и это таблички по десять штук, паста на CO2 себя оправдывает. Если таких партий десятки, расчёт сдвигается в сторону волоконного маркера. Реальные времена вы измерите на пробной партии, а цены на пасту и маркеры меняются, поэтому их в статье нет.

Безопасность при работе с пастой

Маркировочные составы продаются в аэрозолях и банках, и работать с ними нужно как с краской. В помещении включена вытяжка, рядом нет открытого огня, нанесённый слой высушен до гравировки: мокрая паста под лучом даёт брызги и дым. Перчатки и очки защищают от пасты и от смывки. Отработанные салфетки и остатки составов не бросают в общий мусор без проверки инструкции на упаковке. И последнее: блестящий металл отражает CO2-луч, поэтому перед станком не должно быть открытых дверец и других путей выхода луча, как описано в статье о блокировках лазерного станка.