1 Prefácio
No final da década de 1970 e início da década de 1980, uma-nova tecnologia de aplicação de laser-tecnologia de marcação a laser-emergiu silenciosamente no cenário internacional. A máquina de marcação a laser representa uma aplicação significativa dos princípios de processamento a laser; especificamente, utiliza um feixe de laser processado para irradiar a superfície de um material. A energia luminosa é instantaneamente convertida em energia térmica, fazendo com que o material da superfície derreta ou mesmo vaporize num instante, criando assim marcações compostas por texto, padrões e outros elementos.
2 campos de aplicação e vantagens da marcação a laser
No setor industrial, houve uma transição gradual do processamento elétrico para a era do processamento óptico. As máquinas de marcação a laser são altamente versáteis, oferecendo excelentes resultados e estabilidade e, consequentemente, encontraram ampla aplicação em vários campos. Eles são capazes de gravar vários materiais metálicos-bem como determinados materiais não{3}}metálicos-ou criar marcações permanentes anti-falsificação que são extremamente difíceis de replicar. Facilitadas por sistemas de entrada e saída de computador e empregando um mecanismo de varredura galvanômetro, essas máquinas atingem rápidas velocidades de processamento. Seu sistema de orientação de luz{8}}totalmente fechado demonstra forte adaptabilidade a diversas condições ambientais, enquanto sua estrutura interna modular simplifica a manutenção e a assistência técnica; eles são particularmente adequados-para integração em fluxos de trabalho de produção "on-line-". As máquinas de marcação a laser são agora amplamente utilizadas para aplicar marcas registradas, números de lote, datas, códigos de barras e outros identificadores a uma ampla gama de produtos, incluindo vários itens de hardware, recipientes de metal, instrumentos de precisão, componentes automotivos, peças eletrônicas, ferramentas de corte, presentes, relógios, acessórios de encanamento, armações de óculos, fivelas de bagagem, zíperes, botões, fivelas de sapatos e teclados de computador. As Figuras 1 e 2, respectivamente, ilustram padrões criados através de marcação a laser em um disco magnético e uma borracha. Ao passar pelo processamento de marcação a laser, os produtos podem ser elevados em qualidade e aprimorados em termos de competitividade no mercado.
A marcação a laser possui vantagens praticamente incomparáveis aos métodos tradicionais (como gravação química, usinagem por descarga elétrica, gravação mecânica e impressão). Primeiro, ele emprega tecnologia de controle numérico (NC)-ou controle direto por computador-tornando excepcionalmente fácil alterar o conteúdo da marcação; esse recurso se alinha perfeitamente às demandas de alta-eficiência e ritmo{4}}rápido da fabricação moderna. Em segundo lugar, ao utilizar um laser como meio de processamento, alcança uma precisão de gravação requintada, ao mesmo tempo que demonstra ampla compatibilidade com vários materiais, permitindo a criação de marcações altamente complexas e excepcionalmente duráveis numa ampla gama de superfícies. Finalmente, como o processo não envolve contato físico ou força mecânica exercida sobre a peça, ele garante que a precisão e a integridade originais da peça sejam totalmente preservadas. Ele pode servir como etapa final do processo de produção, eliminando assim a necessidade de operações de acabamento pós--marcação. Seu método de processamento é altamente flexível, capaz de acomodar os requisitos do estilo-de laboratório, da produção em-pequenos lotes e da fabricação industrial em-grande escala. Além disso, não gera poluentes e não causa contaminação ambiental-um fator de particular importância no mundo de hoje, onde a proteção ambiental é cada vez mais priorizada. Mais importante ainda, as marcações criadas com a tecnologia de marcação a laser são extremamente difíceis de falsificar ou alterar, oferecendo assim recursos robustos contra-falsificação. Desde a década de 1990,-impulsionada pela crescente maturidade da tecnologia de marcação a laser, pelo refinamento contínuo dos equipamentos de marcação a laser e pelo aprofundamento da compreensão do mercado sobre essa nova técnica-e em grande parte devido às suas vantagens distintas, a tecnologia de marcação a laser ganhou aplicação cada vez mais difundida internacionalmente. Notavelmente, quando a renomada empresa americana Intel lançou sua nova geração de chips de CPU de computador-Pentium, Pentium Pro e Pentium MMX-, ela utilizou tecnologia de marcação a laser para inscrever marcas na superfície de cada chip.
3 Classificação de Máquinas de Marcação a Laser
Como é feita a marcação a laser? De modo geral, a marcação a laser é realizada sob controle de computador, criando um movimento relativo entre a peça de trabalho e o feixe de laser; isso faz com que o feixe de laser apague os símbolos e padrões desejados na superfície da peça de trabalho. Teoricamente, desde que o movimento relativo controlado possa ser estabelecido entre o laser e a peça de trabalho, a marcação a laser pode ser realizada. Consequentemente, o campo atual da marcação a laser apresenta uma grande variedade de máquinas de marcação a laser.
Com base no fato de o feixe de laser estar estacionário ou em movimento, as máquinas de marcação a laser podem ser amplamente categorizadas em dois tipos: sistemas de feixe-fixo e sistemas de feixe-móveis. Como os nomes sugerem, o primeiro envolve um feixe de laser estacionário com uma peça em movimento, enquanto o último envolve um feixe de laser em movimento com uma peça estacionária. As máquinas de marcação a laser de feixe-fixo normalmente utilizam uma mesa de trabalho bidimensional-controlada por CNC para manipular a peça que está sendo marcada. A sua principal vantagem é o seu custo relativamente baixo; no entanto, as suas desvantagens são igualmente aparentes: velocidades de marcação lentas, menor precisão de marcação, dificuldade em marcar conteúdos complexos, como fotografias, e o desafio de integrá-los em linhas de produção online. As máquinas de marcação a laser por feixe-móvel podem ser subdivididas em vários tipos com base no método específico de manipulação do feixe; embora cada um tenha suas próprias vantagens e desvantagens exclusivas, os sistemas de feixe-móvel geralmente superam os sistemas de feixe-fixos. Entre os sistemas de feixe-móveis, a máquina de marcação a laser-baseada em galvanômetro se destaca como um excelente exemplo. Atualmente, é amplamente reconhecido na comunidade internacional de marcação a laser que, entre a diversidade de máquinas disponíveis, o sistema-baseado em galvanômetro-graças às suas inúmeras vantagens inerentes-emergiu como o produto principal e é considerado a direção definitiva para o desenvolvimento futuro da tecnologia de marcação a laser.
Com base no tipo de fonte de luz utilizada, as máquinas de marcação a laser também podem ser classificadas em máquinas de marcação a laser YAG e máquinas de marcação a laser CO2; estas duas fontes de luz distintas são adequadas para marcar diferentes tipos de materiais. Devido às diferenças no comprimento de onda, as máquinas de marcação a laser com gás CO2 estão restritas à marcação de materiais não{3}}metálicos, enquanto as máquinas de marcação a laser de estado sólido-YAG são capazes de marcar materiais não-metálicos e metálicos. Os principais consumíveis para uma máquina de marcação a laser com gás CO2 são a mistura de gás ou tubos de laser de reposição; além disso, as lentes de germânio são componentes-de desgaste-que apresentam um custo relativamente alto. Por outro lado, o principal consumível para uma máquina de marcação a laser de estado-sólido YAG é a lâmpada de bomba (os lasers pulsados utilizam lâmpadas de xenônio, enquanto os lasers de onda-contínuos usam lâmpadas de criptônio), que é barata. Nos últimos anos, impulsionado por um declínio no custo dos lasers semicondutores, surgiu um novo tipo de tecnologia de laser: cristais de laser bombeados por semicondutores (como YAG), que geram um feixe de laser no comprimento de onda de 1.064 nm. Esses sistemas são caracterizados por uma vida útil-livre de manutenção de 10.000 horas, um espaço compacto e-ao contrário dos sistemas tradicionais-não exigem uma infraestrutura de resfriamento-em grande escala. A Daheng Laser (China) foi pioneira no mercado nacional, desenvolvendo com sucesso a primeira máquina de marcação a laser YVO4 com bomba semicondutora; esta tecnologia atingiu um padrão internacional avançado e desde então se tornou um produto padronizado e estabelecido.
4 Seleção de máquinas de marcação a laser
Os sistemas de marcação a laser utilizam energia laser para criar marcas em um substrato; no entanto, os efeitos reais produzidos podem variar drasticamente, dependendo de fatores como o tipo de laser utilizado e as propriedades inerentes do material do substrato. Por exemplo, lasers de CO2 de ondas-contínuas normalmente criam marcas por meio de ablação de superfície (decapagem); lasers de gás de pressão atmosférica -pulsados transversalmente excitados (TEA) conseguem marcação por meio de carbonização; os lasers excimer dependem de reações fotoquímicas; enquanto os lasers Nd:YAG utilizam métodos de reação termoquímica.
Cada aplicação específica apresenta um conjunto único de requisitos de desempenho; conseqüentemente, a seleção de um sistema laser não pode ser feita arbitrariamente. Para projetistas de sistemas de marcação a laser, o desafio crítico reside na seleção do comprimento de onda do laser e da configuração óptica mais apropriados para qualquer material de substrato para garantir a criação de uma marca ideal e de alta{1}}qualidade. A chave para uma marcação a laser bem-sucedida está na aplicação rigorosa da metodologia "6-Sigma". Por exemplo, no contexto da marcação de plástico, os projetistas devem analisar minuciosamente a composição química do material e o seu processo de moldagem para garantir a dispersão uniforme dos aditivos e facilitar a integração abrangente de tecnologias de controle de qualidade, como sistemas de visão mecânica.
Os sistemas de laser Nd:YAG e CO2 orientáveis por feixe continuam sendo, até o momento, as soluções mais ideais para aplicações de marcação a laser. Uma ilustração da configuração física de uma máquina de marcação a laser Nd:YAG pode ser encontrada na Figura 3. Um sistema típico emprega um par de espelhos de varredura para direcionar o feixe de laser, direcionando-o através de um sistema de lentes objetivas para focar precisamente na superfície alvo; esses espelhos executam seus movimentos de varredura estritamente de acordo com os comandos emitidos pelo computador de controle. Outros lasers,-como lasers de gás de pressão-atmosféricos pulsados transversalmente excitados-utilizam marcação de máscara, enquanto os sistemas de marcação de matriz de pontos-a laser de CO2 também ocupam um lugar na indústria de marcação.
