Системи за маркиране на метални и пластмасови части и детайли

МашиниСп. Инженеринг ревю - брой 3/2021 • 01.06.2021

 

  • Маркирането придава уникалност на компонентите и позволява проследяването, локализирането и идентифицирането им

  • Основните технологии са лазерното, химичното или механично маркиране, гравиране, ецване, надписване, печат, точково маркиране с игла (dot peening) и т. н.

  • Машините за лазерно гравиране се налагат като предпочитан избор в редица приложения поради издръжливостта и естетическите характеристики на маркировката


Маркирането на метални и пластмасови части и детайли е част от браншовите и регулаторните изисквания към редица съвременни индустрии и приложения с цел брандиране, осигуряване на проследимост на изделията, както и някои допълнителни функции. За целта се използват различни методи и техники, подходящи за всеки бюджет и предприятие, а сред най-популярните клиентски отрасли са машиностроенето, фармацевтичната индустрия, автомобилостроенето, електронното производство, хранително-вкусовата промишленост и т. н.

Поставянето на маркировка върху компонентите е критичен етап от динамичната производствена реалност в наши дни. Ето защо са високи изискванията и към самите системи за маркиране. Най-общо е препоръчително те да са високоавтоматизирани и интегрирани в технологичните линии и системите за ресурсно планиране с цел обезпечаване на абсолютна проследимост на изделията и цялостен мониторинг на продукцията – от началната точка в завода до крайния потребител.

С автоматизацията непрекъснато нарастват скоростта и точността на съвременните промишлени системи, които произвеждат различни метални и пластмасови части и детайли. Ето защо е наложително тази тенденция да бъде отразена и при маркиращите системи, за да е възможно поддръжането на нужните високи темпове на изработка и асемблиране с необходимата прецизност.

 

Основни методи и функции

Маркирането на даден компонент му придава уникалност и позволява неговото последващо проследяване, локализиране и идентифициране, независимо от фазата на жизнения му цикъл. Специфичната маркировка може да указва име и произход на производителя и/или принадлежност към дадена партида и позволява лесната подмяна на съответната част с резервна, дори след като е била вложена в съставен продукт. Форматът може да варира от прост сериен номер до подлежащ на сканиране баркод или други символи. Основните технологии, посредством които се осъществява поставянето им върху метални и пластмасови части и детайли, са лазерното, химичното или механично маркиране, гравиране, ецване, надписване, печат, точково маркиране с игла (dot peening) и т. н.

Лазерното нанасяне на маркировка има три популярни вариации – посредством CO2, YAG или фиброоптичен лазер. Първите се отличават с относително голяма дължина на вълната, което ги прави неподходящ избор за маркиране на метал. Другите два типа са с по-къси импулси и по-лесно се абсорбират от материала. При фибролазерите светлинният източник е в запечатан корпус, за да се избегне попадането на прах и замърсявания в устройството. Това позволява по-голямо отстояние между контролера и маркиращата глава, което може да се окаже ключово за ефективността. Твърдотелните YAG лазери обикновено се използват за специализирани приложения, основно в научноизследователската сфера, докато фибролазерите са най-популярни в сектора на индустрията.

И макар лазерното маркиране да носи множество ползи пред аналогичните методи за нанасяне на маркировка, в някои практически сценарии то може да се окаже прекалено сложно и нерентабилно. Ето защо е важно внимателно да се разгледат всички налични варианти по отношение на системите и машините за маркиране на метални и пластмасови части и детайли и да се избере най-добрата комбинация от ефикасност, производителност и икономическа пригодност.

 

Механично маркиране

Маркиращите системи нанасят трайна или постоянна маркировка върху продукта с цел неговото последващо идентифициране и проследяване, а в случаите на контейнери и опаковки за хранителни, козметични или фармацевтични продукти – с цел информиране на крайния потребител за срока на годност.

При избора на технология за маркиране на дадена част или детайл е добре първо да се вземе предвид какъв е материалът, върху който ще бъде поставена маркировката. Освен върху метал и пластмаса, различни символи могат да бъдат нанасяни и върху картон, стъкло, дърво, каучук и т. н. Важно е да се уточнят размерите и необходимата устойчивост на знака, както и с каква резолюция ще бъде. Препоръчително е това да се съобрази със скоростта и прецизността на избраната система. От значение за крайния резултат е и това машина с каква конфигурация ще изберем – ръчна, преносима, настолна, интегрирана в производствена линия и т. н.

Най-общо маркирането може да се подраздели на три типа: механично (щамповане, ударно маркиране, точково маркиране, надписване, горещо маркиране), лазерно и мастиленоструйно.

Механичното нанасяне на маркировка се извършва чрез образуване на вдлъбнатини в материала, които са с висока трайност. Конкретна техника се избира в зависимост от вида, дължината и съдържанието на маркиращия знак, естетическите предпочитания, материала и възможностите на системата. Сред предимствата на механичното маркиране са издръжливостта на информационния знак, невъзможността за неговото подправяне и фалшифициране, опциите за настройка на дълбочината на маркиране и компютъризирано управление на процеса, лесното персонализиране. Други плюсове на тази група техники са фактът, че могат да бъдат прилагани ръчно или автоматично, както и че системите могат да бъдат в широк набор от конфигурации – интегрирани в производствена линия, портативни, ръчни или стационарни.

Механичните маркировъчни машини са подходящи за агресивни индустриални среди и са устойчиви на вибрации и екстремни температури.

 

Още разновидности при техниките

Химичното (известно още като електрохимично или електролитно) ецване използва електрически ток за нанасянето на буквено-цифрени комбинации или матрични кодове с данни върху метални повърхности. Методът се прилага за малки или средни партиди, например в космическата индустрия, където са налице стриктни изисквания по отношение крайното качество на повърхностите. Необходим е шаблон на дизайна, който ще бъде маркиран, като той се поставя между електрода и повърхността на детайла, след което ток с ниско напрежение преминава през електролит с цел ецване на материала. Самият детайл не се деформира, което е от критична важност при маркирането на малки тръбички, клинове, гарнитури или компоненти за фини измервателни прибори.

Т. нар. надписване се извършва с помощта на пневматична игла с непрекъснат ход върху материала. Детайлът трябва да бъде фиксиран здраво, за да се постигне добро качество на надписа. Конструкцията е необходимо да бъде здрава и устойчива в цялост, тъй като машината генерира големи странични сили по време на работа.
Както става ясно от наименованието, точковото маркиране използва остър писец, който образува множество точкови отвори в метала или пластмасата. В зависимост от дизайна, острието оформя символи, лога или матрични кодове, които съдържат голям обем информация. Предимство на техниката е, че е бърза и прецизна и може да бъде използвана при части и детайли с повърхностни покрития.

При точково маркиране дълбочината на маркировката, която обикновено е показател за нейната издръжливост, но и важно условие за четливостта й, зависи от фактори като сила на нанасяне, отстояние между писеца и материала, твърдост на материала, както и ъгъл на иглата спрямо повърхността. Възможно е изобразяването на символи с височина от 0,15 мм до почти 5 см.

Мастиленоструйното маркиране позволява бърз и висококачествен печат върху метални и пластмасови компоненти и изделия в индустрията. Използваните мастила могат да са на водна основа, на базата на етанол, бързосъхнещи или с UV втвърдяване. Възможно е нанасянето на мастило посредством контролируема клапанна дюза (DOD), безконтактна CIJ дюза за непрекъснато нанасяне, пиезоелектрична или термодюза. Отдалеченото отлагане на миниатюрни капчици мастило върху повърхността позволява изобразяването на рисунки, лога, кодове и символи. В зависимост от модела на машината се движи или маркиращата глава, или самият детайл. Широки са възможностите по отношение на размерите на съответната част или маркировка. Методът се използва приоритетно в опаковъчната индустрия (включително в автоматизираното вторично и третично пакетиране), непрекъснатите производства (на кабели, тръби, фолиа и филми, профили и др.), както и в автоматизираната или роботизирана обработка на метали, пластмаси, дърво и т. н.

 

Избор на система

Ако детайлът, който подлежи на маркиране, е цилиндричен, маркиращият валяк обикновено е снабден с взаимозаменяеми матрици за щамповане на цифри, букви или други символи върху повърхността му. Инструментът влиза в контакт с детайла, който е поддържан от двойка ролки или фиксиран с щифт. Валякът минава върху плоския детайл и нанася маркировка с желаната дълбочина. Това действие може да е с ръчно или моторизирано управление, а технологията е подходяща за различни метали (месинг, стомана, алуминий) и пластмаси. Използва се предимно в металургията, автомобилостроенето, машиностроенето, авиационната и космическата индустрия.

Машините за ударно маркиране функционират на приблизително същия принцип като тези за щамповане, но вместо да се търкаля по детайла, маркиращият инструмент го удря с определена сила. Техниката е приложима при материали с голяма твърдост като конвенционална и неръждаема стомана, а също при пластмасови, кожени, дървени изделия и т. н. Популярна е в автомобилния отрасъл, полимерната индустрия и сектора на ключарските услуги. Системите за ударно маркиране могат да са портативни или стационарни, ръчни или пневматични, често се интегрират в производствените линии.

Предимство на машините за точково гравиране е, че позволяват обработка на неправилни и извити повърхности. Иглата се направлява от контролен блок с два двигателя по осите X и Y, като се пробиват точкови отвори на дадени места в материала, образуващи букви, цифри, рамки или кодове. Електрическите машини са популярни в множество по-фини приложения, а пневматичните се считат за по-мощни при необходимост от по-дълбоки маркировки. Технологията се използва в автомобилната и космическата индустрия за маркиране на метални и пластмасови детайли, в машиностроенето, изработването на регистрационни и указателни табели и т. н.

Машините за надписване отнемат материал от повърхността на обработвания детайл, като в обхвата им са материали с най-различна твърдост – от пластмаса до високотехнологични сплави. Накрайникът на писеца е от карбид или диамант и се движи по осите X и Y, като образува плътна линия подобно на ръчното надписване. По отношение на работния шум, тези системи се доказват в практиката като по-тихи от моделите за точково маркиране. Популярно решение са за интегриране в производствена линия. Сред приложните сектори са автомобилостроенето, металургията, енергетиката, транспортът, строителният бранш и др.

Горещото маркиране е подобно на ударното, като маркиращият инструмент тук е предварително нагрят. Топлината смекчава материала, който подлежи на маркиране, и позволява на инструментите да навлязат в него на желаната дълбочина. Възможно е поставянето на специален цветен филм между детайла и матрицата с цел нанасяне на цветна маркировка. Машините за горещо маркиране традиционно са ръчни или пневматични, като могат да бъдат стационарни или интегрирани в линия. Освен за пластмаса и метал се използват още за обработка на дърво, кожа, мебели, строителни повърхности, както и хранителни продукти, включително месо.

 

Специфики и приложения

В различните индустрии има и различни изисквания към маркировките. Налице са и някои специфични предизвикателства по отношение на издръжливостта и прецизността на маркиращите знаци и кодове. Но има и доста общи неща между отделните приложения и решения. Директното маркиране на части и детайли например почти навсякъде се счита за пръв избор що се отнася до нанасяне на информация за проследяване и идентифициране. Самият механизъм на проследимостта допълнително засилва процедурите по контрол на качеството в различните отрасли. Осигуряването на номер на партида, продукт и информация за производителя се оказва необходимо и достатъчно с цел локализирането на дефектни изделия, партиди или проблеми на ниво производствено съоръжение. Сред приложните сектори на директното маркиране са автомобилната и авиационната промишленост, медицинската индустрия, машиностроенето, отбраната, фармацевтиката и др.

Машините, използвани за директно маркиране на пластмаса и метал, обикновено са подходящи за обработка още на керамика, стъкло, текстил, дървесина, каучук и т. н. Освен плоски повърхности, допустими за маркиране са още извити, вдлъбнати, изпъкнали, цилиндрични, неравни профили и форми, по-меки изделия и т. н.

Системите за директно маркиране са популярни в автоматизираното нанасяне на дати, серийни номера, текст, графични изображения, лога и други идентификационни символи. С тяхна помощ могат да бъдат изобразявани и двуизмерни матрични и баркодове, като и други типове машинно четима маркировка. Обикновено тези системи са компактни и ергономични, което позволява широкото им използване във всяка индустриална среда.

Машините за точково маркиране са предпочитан избор що се отнася до директното нанасяне на маркировки, особено за лога, двуизмерни матрици, двуизмерни баркодове и буквенно-цифрени кодови символи. Основно тяхно предимство е точността в съчетание със сравнително малкото механично натоварване върху материала и детайла. Сред плюсовете на тези системи са още тяхната гъвкавост и разнообразна функционалност при обработката на различни повърхности и изделия – от обикновени табели до комплексни интегрирани индустриални решения.

 

Лазерни маркиращи системи

Лазерните системи за маркиране се считат за най-усъвършенствани в технологичен аспект в сравнение с останалите типове. Те се отличават с висока прецизност, издръжливост и бързина и са подходящи за широк кръг от индустриални приложения – машинни компоненти, тръби и др. Тези решения обикновено осигуряват и значителни икономии на средства в дългосрочен план, тъй като изискват минимална поддръжка и съвсем малки експлоатационни разходи в сравнение с другите категории системи. Лазерните машини могат да бъдат изключително компактни и са традиционно съвместими с всякакво промишлено оборудване и най-популярните комуникационни интерфейси.

Използват се основно за идентифициране на части и детайли с цел брандиране и проследимост, като разграничаваме три основни подтехники, които могат да бъдат приложени върху изделието – лазерно маркиране, гравиране и ецване. Всички те осигуряват трайна маркировка върху продукта, удовлетворявайки законовите изисквания и добавяйки индивидуален елемент във всеки детайл. Макар на пръв поглед резултатът да изглежда еднакъв обаче, трите разновидности на технологията имат съществени разлики помежду си. В основата им е това какво реално се случва с обработваната повърхност, включително колко дълбока е маркировката и как цялостно променя вида на детайла. При маркирането се получава само обезцветяване на материала, докато гравирането и ецването отнемат известно количество от материала, докато го обработват. Основна отлика между последните две е дълбочината, на която навлиза лазерният лъч.

При толкова много технологични възможности и конфигурации на дневен ред излиза въпросът кое е най-подходящото решение. Машините за лазерно гравиране се налагат като предпочитан избор в редица приложения поради издръжливостта и естетическите характеристики на маркировката в съчетание с висока гъвкавост в различни сценарии.

Една такава машина може да нанася всякаква комбинация от символи, двуизмерни и матрични кодове, баркодове и графични изображения. Тя може да бъде както портативна, така и вградена в производствената линия. Самото маркиране се случва посредством лазерен лъч, който се насочва от специална система огледала и се управлява от компютъризирано устройство. Сред плюсовете на техниката е безконтактният характер на метода, който го прави приложим дори за чупливи изделия и не налага захващане на частта или детайла. Други предимства са: равномерната и постоянна дълбочина на прорязване, липсата на материални загуби и увреждане на изходния детайл, бързината и устойчивостта на маркировката, екологосъобразната техника (без мастила и разтворители). С помощта на лазерно гравиране могат да бъдат обработвани не само метали и полимери, но също и еластомери, керамика и композити, да бъдат създавани големи серии уникални маркировки, включително върху обекти на поточна линия в статично или подвижно състояние.





ЕКСКЛУЗИВНО

Top