Przewodnik po znakowaniu

Znakowanie –techniki i niezbędne dodatki

Znakowanie wyrobów polega na nanoszeniu trwałego znaku na wyrób. Jest ono swoistą wizytówką producenta, gdyż często zawiera numer seryjny, numer katalogowy, datę wytworzenia oraz okres eksploatacji. Dzięki tym informacjom umożliwia późniejszą identyfikacje wyrobu własnego, co jest istotne przy uwzględnieniu reklamacji lub rozpoznaniu elementów podrobionych oraz zapewnia stosunkowo proste sortowanie dla celów recyklingu.
Zgodnie z prawem własności przemysłowej znakiem towarowym może być każde oznaczenie, które można przedstawić w sposób graficzny, jeżeli oznaczenie takie nadaje się do odróżnienia towarów jednego przedsiębiorstwa od towarów innego przedsiębiorstwa. Znakiem towarowym może być w szczególności wyraz, rysunek, ornament, kompozycja kolorystyczna, forma przestrzenna, w tym forma towaru lub opakowania, a także melodia lub inny sygnał dźwiękowy.

Jest wiele sposobów znakowania materiałów, w tym tworzyw sztucznych, a do najbardziej popularnych zalicza się:
znakowanie laserowe
znakowanie mikroudarowe
znakowanie przy pomocy tampondruku
znakowanie przy pomocy sitodruku
znakowanie za pomocą grawerowania
znakowanie poprzez odbarwianie i spienianie
inne techniki znakowania

Laserowe metody znakowania:

Znakowanie laserowe
Laser przekształca pewną zewnętrzną formę energii w promieniowanie świetlne o jednorodnej długości fali. Znakowanie laserowe polega na noszeniu na powierzchnię przedmiotów znaków przy pomocy wiązki promieniowania laserowego. Promieniowanie to powoduje usunięcie cienkiej warstwy materiału, bądź zmiany termofizyczne lub termochemiczne wywołujące zmianę zabarwienia. Powierzchnia materiału często jest specjalnie pokrywana warstwą np. farby lub tlenku w celu zwiększenia kontrastowości oznakowania.
Do znakowania tworzywa dobiera się lasery generujące światło podczerwone (1064 nm), zielone (532 nm) lub ultrafioletowe (355 nm).W przemyśle stosowane są dwa podstawowe typy laserów: lasery Nd:YAG, i lasery CO2. Lasery Nd:YAG są laserami, w których medium laserowym jest ciało stałe - pręt szklany o kompozycji: itr-aluminium-granat z uszlachetniającym dodatkiem neodymu (Nd). Lasery CO2 są laserami gazowymi, gdzie CO2 jest gazem generującym promieniowanie.

Zastosowanie konkretnego typu lasera jest uzależnione od rodzaju znakowanego materiału. Prędkość znakowania bez problemu sięga kilku metrów na sekundę.
Laserami CO2 znakuje się głównie: papier, szkło, drewno, skórę. Natomiast lasery Nd:YAG są najczęściej stosowane do znakowania prawie wszystkich metali, ceramiki, materiałów emaliowanych, odblaskowych, tworzyw sztucznych. Znalazły szerokie zastosowanie przy znakowaniu elementów stosowanych w: przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym, elektronicznym, zoologicznym, chemicznym, kosmetycznym oraz produkcji opakowań i etykiet. Stosowane w technologii medycznej instrumenty medyczne i narzędzia chirurgiczne oraz implanty są wykonane z wysokiej jakości materiałów, często polimerowych. Ważne jest precyzyjne znakowanie kodów i numerów seryjnych na instrumentach medycznych, aparatach słuchowych itp. w celu ich identyfikacji. Takie znakowanie musi być dokładne, trwałe i wytrzymałe na ścieranie, aby spełniało wymogi branży medycznej.

Zalety znakowania laserowego:
wysoka jakość znakowania i wysoka powtarzalność,
trwałość: odporność na ścieranie, ciepło, chemikalia, światło UV,
trudne do sfałszowania,
możliwość znakowania z wysoką rozdzielczością,
duże prędkości znakowania,
możliwość znakowania obiektów poruszających się i pozostających w spoczynku,
bezdotykowość znakowania (brak nacisku, brak deformacji, brak zanieczyszczania powierzchni, brak zużycia "narzędzi" znakujących,
możliwość znakowania powierzchni niepłaskich, nierównych, miękkich, twardych,
czystość i suchość procesu znakowania,
bardzo wysoka elastyczność (systemy programowalne),
bardzo niskie koszty eksploatacji, konserwacji.

Wady znakowania laserowego:
wysoki koszt inwestycyjny,
brak możliwości znakowania w wielu kolorach.

Znakowanie laserowe jest terminem ogólnym, używanym w odniesieniu do procesów opisanych poniżej.

Spienianie
Spotkanie wiązki laserowej i powierzchni materiału (niektóre tworzywa sztuczne) powoduje jego topienie. Podczas tego procesu wytwarzają się pęcherzyki gazu, które pozostają w materiale podczas jego schładzania, powodując jaśniejsze i wypukłe oznakowanie.

Ablacja
Podczas ablacji następuje odparowywanie, ściągnięcie powłoki wierzchniej materiału (np. aluminium anodowane, materiały malowane, folie do obróbki laserem, laminaty wielowarstwowe). Podczas odparowywania wierzchniej warstwy materiałów powlekanych, laser nie narusza właściwego materiału, jedynie wchodzi w reakcję z warstwą zewnętrzną. Wymaga to jednak dużego kontrastu między warstwą zewnętrzną a materiałem podkładowym, dobrej absorpcji dla danej długości fal lasera oraz dużej jednorodności grubości warstwy tworzywa sztucznego

Zmiana koloru i wybielanie
Wiązka lasera penetruje tworzywo sztuczne i jest pochłaniana przez pigment. Pigmenty są modyfikowane chemicznie, co powoduje zmianę koloru materiału. Ponieważ wiązka lasera wchodzi w głąb tworzywa, jego powierzchnia pozostaje niezmieniona. Zmiana koloru jest uzyskiwana zarówno w pigmencie jak i w materiale. Ciemne oznaczenia na jasnym materiale wykonuje się metodą karbonizacji zielonym lub ultrafioletowym światłem o długości fali 532 nm oraz 355 nm. Ponieważ energia termiczna jest doprowadzana w ograniczonym stopniu i tylko miejscowo, w efekcie powstaje wyraźny, czytelny napis lub kod o dużym kontraście.

Znakowanie laserami UV
Metoda znakowania laserami UV otwiera nowe możliwości w znakowaniu tworzyw sztucznych. W przypadku wielu materiałów lasery UV uzyskują efekty znakowania o wyraźnie lepszym kontraście oraz zapewniają większe prędkości obróbki.
Energia krótkofalowego światła UV wywołuje reakcję fotochemiczną, która umożliwia obróbkę materiału na zimno. Metoda ta pozwala zatem na znakowanie zabezpieczanych przed ogniem tworzyw sztucznych, stosowanych na przykład w przemyśle elektronicznym jako obudowy.

Grawerowanie laserowe
Technika ta wykorzystuje zogniskowaną wiązkę lasera do odparowywania materiału jednorodnego. Głębokość grawerowania zależy od materiału, mocy lasera i czasu oddziaływania wiązki laserowej. Poprzez interakcję tlenu atmosferycznego ze stopionym materiałem często powstają tlenki, których kolor zapewnia jeszcze lepszą czytelność grawerowania. Kolor jest ograniczony i zależy od użytego materiału lub warstwy znajdującej się poniżej.

Dodatki do znakowania laserem (LS)
Nie wszystkie jednak polimery dają się łatwo tą metodą znakować. W celu poprawienia własności stosuje się specjalistyczne dodatki do poprawy znakowania laserowego zarówno tworzyw transparentnych, jak i nieprzeźroczystych. Dodatki do znakowania laserowego (Laser Marking Additives) zapewniają lepsze zdyspergowanie, wyostrzają znak, zapobiegają miejscowemu uszkodzeniu tworzywa.
Analizując wrażliwość polimerów na laser to zarówno PVC jak i poliwęglan (PC) mogą być z łatwością znakowane bez używania dodatków LS. W przypadku PC dodatki mogą jednak znacznie wspomóc kontrast, ostrość brzegów i szybkość znakowania. Z kolei styrenowe polimery takie jak ABS, PS, SB i SAN bez użycia dodatku LS, ponieważ mogą wystąpić defekty, np. tzw. efekt kropek. Natomiast poliolefiny i termoplastyczne elastomery nie mogą być znakowane laserem Nd:YAG bez użycia dodatków LS.
W przypadku dodatków do znakowania laserem to niewłaściwa ilość masterbaczy może zmniejszyć jakość oznakowania (zaleca się stosowanie 0.5 – 2%). Masterbacze mogą być także używane po to, by osiągnąć naturalnie zabarwiony polimer podatny na znakowanie laserem.
Zwykłe tworzywo, które ma być zabarwione na czarno, nie może być znakowane, gdyż powoduje to stopienie i zniszczenie materiału. Należy sięgać po masterbacze, które osiągnęły wysoką ocenę w lekkim znakowaniu z czarnym nieprzezroczystym tłem, nieprzepuszczającym światła. Dawka nie powinna być zwiększana, ponieważ może to spowodować pogorszenie jakości grawerowania.
Dodatki takie w formie gotowych masterbatchy oferują m. in. firmy: VGT Polska, Evonik, PolyOne, Clariant, Gabriel Chemie. Firmy zawierają często w swojej ofercie tworzywa modyfikowane dodatkami lub nanocząsteczkami ułatwiającymi grawerowanie laserowe.
Powierzchnię znakowanego materiału można pokrywać warstwą np. farby lub tlenku w celu zwiększenia kontrastowości oznakowania.

Fleksograficzne metody znakowania: 

Znakowanie atramentowe
Drukarki atramentowe małego pisma stosowane są do znakowania poprzez bezpośrednie nanoszenie zmiennych danych, np. dat ważności lub kodów zmian, na małych powierzchniach masowo produkowanych wyrobów przemysłowych. W ramach procedury ciągłego nadruku atramentowego znakowanie może odbywać się przy użyciu drobnych czcionek, spełniając bogaty wachlarz wymagań.
Technologia ta opiera się na atramencie, jako medium, który natryskiwany jest na produkt z przerwami, co pozwala na tworzenie znaków, grafiki a nawet kodów kreskowych o wysokiej jakości i przy dużej prędkości. Znakowanie tą technologia oferuje również specjalne rozwiązania, jak nanoszenie jasnego nadruku na ciemne powierzchnie.

CIJ (Continuous Ink Jet) to technologia bezkontaktowego druku ciągłego, która doskonale sprawdza się przy znakowaniu płaskich i zakrzywionych powierzchni. Dzięki możliwości zastosowania wielu atramentów do druku ciągłego za jej pomocą można drukować na praktycznie dowolnym podłożu. Do tego typu drukarek wymagane są odpowiednie tusze, w zależności od rodzaju materiału zadrukowanego oraz innych wymagań. Na rynku dostępne są tusze (atramenty) typu pigmentowego szybkoschnące, odporne na wilgoć, do elastycznej folii, do tworzyw sztucznych, termochromowe do obróbki cieplnej, dopuszczone do kontaktu żywności oraz specjalistyczne tusze wyskokontrastowe.
Często nadruk jest zabezpieczany warstwą lakieru utwardzanego UV lub najnowszą technologią UV-LED.
Technologia UV-LED to źródło światła ultrafioletowego generowanego przez diody LED. W wyniku działania światła o długości fali 365 nm następuje polimeryzacja naniesionej warstwy farby lub lakieru. Cechą charakterystyczna tej technologii jest jednorodne pasmo UV zapewniające całkowite utwardzenie powierzchni. Natomiast tradycyjne lampy UV charakteryzują się zmienną długością fali. Maszyny UV na diodach LED umożliwiają druk także na termowrażliwych i wymagających nośnikach, takich jak: cienkie i elastyczne folie do oklejania, tworzywa, pianka poliuretanowa oraz szkło, papier i skóra. Korzystny jest fakt, że lampy UV-LED wydzielają bardzo mało ciepła, tymczasem tradycyjne lampy UV mogą uszkodzić lub stopić zadrukowany nośnik.

Tampondruk
Jest to szeroko stosowana technika druku na przedmiotach wykonanych z tworzywa sztucznego, metalu, drewna i szkła. Nadruk nanosi się za pomocą elastycznego tamponu dzięki czemu możliwe jest znakowanie na każdych powierzchniach w tym nierównej i niezbyt regularnej. Ze względu na prostotę techniki tampodruku możliwe jest znakowanie dużej ilości artykułów reklamowych w krótkim czasie. Niska cena sprawia, że ten rodzaj znakowania jest bardzo popularny. Metoda ta sprawdza się znakomicie podczas wykonywania nadruków na małych gadżetach typu brelok, długopis, pendrive, zapalniczka oraz na większości popularnych gadżetach reklamowych. Zapewnia wówczas dużą dokładność nawet przy drobnych elementach. Jedyną niedogodnością są niewielkie rozmiary tamponów, a co za tym idzie nadruków. Dzięki szybkości, dokładności i cenie jest jedną z najbardziej popularnych metod.
Tampodruk znajduje zastosowanie do podłoży z następujących podłoży: ABS, poliamid, POM, metal, lakierowane podłoża, aktywowany polietylen, polipropylen, polistyren, szkło, polietylen, polipropylen.
Technika tampon druku wymaga specjalnych farb, lakierów, rozcieńczalników, utwardzaczy, zmywaczy, taśmy do czyszczenia tamponów oraz olejki zabezpieczające tampony (podnoszące ich żywotność). Technika tampondruku wykorzystywana jest np. przez producentów zabawek, m.in. firmę Lego. Urządzenia tego rodzaju mogą być także wykorzystywane m.in. przez producentów zakrętek czy sprzętu medycznego. Technika tampondruku wymaga również aktywowania powierzchni niektórych tworzyw, np. PE, PP, PS.

Sitodruk
Stosowany jest głównie do powierzchni płaskich. Metoda ta polega na przeciskaniu farby przez odpowiednio przygotowaną siatkę, w której oczka w miejscach bez nadruku są zaślepione. Jest to technika wielokolorowa. Pole zadruku jest znacznie większe niż przy metodzie z tamponami, ale również ograniczone rozmiarami sita. Sitodruk znajduje zastosowanie do znakowania/zadruku: tekstyliów, tektury, PCV, drewna, szkło, tworzyw akrylowych. Metodą sitodruku drukuje się np.: znaki drogowe, tablice informacyjne, znaki podświetlane, etykiety, przełączniki membranowe, etykiety inmoulding, znaki firmowe samochodów, karty identyfikacyjne, dyski optyczne (płyty CD, DVD), skrzynki na butelki. Technika sitodruku wymaga aktywowania powierzchni niektórych tworzyw, np. PE, PP, PS.

Markery przemysłowe
Markery to idealne rozwiązanie dla przemysłowego opisu materiałów i półfabrykatów. Są one przeznaczone do trwałego znakowania metali, tworzyw sztucznych i wielu innych powierzchni. Markery produkowane są w oparciu o farby rozpuszczalnikowe lub wodne. Powierzchnia znakowana powinna być czysta, nie może być tłusta.

Hot-stamping (termodruk)
Technika, w której wypukła matryca w wysokiej temperaturze, dociska do znakowanego przedmiotu specjalną folię. Nadruk jest bardzo trwały ponieważ folia składa się z warstw kleju, aluminium i lakieru. Pozwala uzyskać metaliczne, błyszczące nadruki, imitujące złoto lub srebro, efekty holograficzne oraz szeroką gamę nadruków barwnych. Metoda podkreśla elegancję i szlachetność wyrobów.
Technika ta wymaga stosowania specjalistycznych folii. Folie hot-stamping można podzielić na grupy:
- folie metaliczne: srebrna, złote w różnych odcieniach, kolorowe - folie te występują jako folie błyszczące i matowe (ewentualnie półmatowe),
- folie pigmentowe: kolorowe błyszczące lub matowe charakteryzujące się pełnym kryciem,
- folie perłowe: kolorowe, często o dużej transparentności,
- folie dyfrakcyjne: stanowią szczególną odmianę folii metalicznych, bo posiadające mikrorowki tworzące siatkę dyfrakcyjną, folie te mogą posiadać jednolicie mieniącą się całą powierzchnie lub zawierać wzory holograficzne produkowane seryjnie lub na indywidualne zamówienie.

Naklejki epoksydowe (3D)
Składają się z dwóch elementów. Podkład stanowi zadrukowana folia samoprzylepna, natomiast górna część pokryta jest przezroczystą żywicą poliuretanową lub na bazie akrylanów. Naklejka jest elastyczna, wzmacnia głębię i wyrazistość kolorów, nadaje połysk.
Jest odporna na urazy mechaniczne, promienie UV i wodę. Pozwala efektownie wyróżnić np. logo firmy, markę lub model, dodaje ekskluzywnego wyglądu.

Mechaniczne metody znakowania:  

Znakowanie mikroudarowe
Zasada znakowania mikroudarowego polega na uderzaniu grotem w powierzchnię znakowaną. Urządzenie do znakowania mikroudarowego (czasem określane jako znakowanie mikropunktowe) składa się z jednostki sterującej i głowicy znakującej. Ten sposób znakowania znakomicie sprawdza się na powierzchniach płaskich jak i na dużych nierównościach. Mikroudarowo znakuje się następujące materiały: stal, aluminium, stal nierdzewna, ale również tworzywa sztuczne, szkło, ceramikę lub drewno. Znakowanie mikroudarem jest odpowiednie szczególnie w aplikacjach, gdzie potrzeba oznakować duże serie elementów, nawet 10 000 sztuk dziennie.

Stemple stalowe
Stemple z wysokojakościowej stali umożliwiają trwałe i tanie ręczne lub zautomatyzowane znakowanie metali. Do znakowania stali i tworzyw w dużych seriach używa się specjalnych pras.

Pióra grawerskie
Pióra do znakowania stanowią łatwą i szybką metodę oznaczania detali metodą mikroudarową. W zależności od dostępnych źródeł energii można zastosować pióra mikroudarowe pneumatyczne lub elektryczne. Metoda mikrudarowa jest odpowiednia dla prawie wszystkich powierzchni, w tym twardych, a nawet szkła. Pióra grawerskie najczęściej stosowane są do oznakowanie wszelkich narzędzi używanych wewnątrz firmy.

Od 2004 r. jesteśmy członkami Unii Europejskiej, więc musimy dostosować się do unijnych wymogów. Obowiązkowe stało się umieszczanie oznakowania "CE" na bardzo wielu wyrobach przemysłowych wprowadzanych do obrotu. Znak CE ma informować użytkownika o bezpieczeństwie danego wyrobu, o jego zgodności ze standardami i wymogami unijnymi.