Лазерная фемтосекундная технология маркировки/гравировки стекла применяется в различных областях. Например, маркировка стекла позволяет отслеживать шприцы или другие устройства, изготовленные из стекла, которые представляют собой огромный рынок в фармацевтической и медицинской промышленности.

Учитывая это, компания Lasea и её партнеры разработали гравёр на основе фемтосекундного лазера для маркировки стекла. Шприцы маркируются / гравируются без трещин, а надписи хорошо читаются. Запатентованная в 2008 году, технология может применяться для маркировки различных типов стекол. Эта статья описывает процесс с точки зрения контроля качества и предоставляет связанные с ним промышленные решения.

Когда фемтосекундный лазер взаимодействует со стеклом, структурные изменения происходят в фокальной точке. Эти эффекты зависят от энергии лазерного импульса и поглощённой энергии. Например, поглощённая энергия E_d рассчитывается по формуле:

E_d = 4E_p f / π W v

где E_p — энергия импульса, f частота повторения, W — это диаметр фокального пятна, и v – скорость сканирования.

Рисунок 1 иллюстрирует эффекты на стекле, при одновременном повышении энергии поглощения. Шаблон состоит из площади, заполненной параллельными линиями на стекле на расстоянии в нескольких десятков мкм, для получения дифракционного эффекта.

Рис.1 — Эффекты на стекле, после облучения фемтосекундным лазером

Как мы видим на рис.1 (образец крайний справа), при более высокой энергии, начинают появляться и распространяться микротрещины, что может приводить к разрушению всего куска стекла.

Из анализа этих результатов можно определить параметры лазерной гравировки, чтобы предотвратить образование трещин. Количество ячеек для гравировки выбирается в соответствии с количеством информации, которую мы хотим записать. Каждая клетка состоит из решетки. Дифракционный эффект необходимо иметь для обеспечения достаточного контраста знаков, для чтения и декодирования. 

На рисунке 2 показано типичное оборудование для лазерной гравировки изделий из стекла. Лазерный луч сканируется по поверхности образца с очень высокой скоростью.

Рис.2 — Внешний вид оборудования для гравировки стеклянных изделий

Рис.3 — Пример нанесения информационной метки/матрицы на шприц

После определения параметров процесса лазерной гравировки для нового типа стекла, выполняется проверка на тысячах шприцов, чтобы убедиться в отсутствии микротрещин. Для этого выполняются фотографии с десятикратным увеличением на конфокальном микроскопе. Рисунок 3 иллюстрирует пример нанесения информационной метки/матрицы.

Матрицы данных на шприцах освещаются лампой под определенным углом так, чтобы свет преломлялся при прохождении через нанесённые лазерным маркером решетки. Камера делает снимок освещенной матрицы с данными и декодирует информацию с помощью соответствующего программного обеспечения или приложения. На рисунке 4 показан пример освещенной матрицы с данными / штрих-кода — белыми или синими светодиодами.

Рис.4 — Пример освещенной матрицы /штрих-кода на шприце –белыми или синими светодиодами

Автоматизированная система этих элементов может быть интегрирована в машину с различными источниками и камерами. Освещение и камеры оптимизированы так, чтобы обеспечивать 4-ый класс при высокоскоростном чтении лазерных меток на шприцах, со скоростью до 600 шприцов/мин. 

Параметры лазера и сканера задаются с помощью программного обеспечения для микрообработки: Kyla, Lasea’s. Эти элементы могут быть интегрированы, адаптированы в любую машину, в зависимости от области применения. Например, были разработаны машины с колесом/барабаном, на котором шприцы зафиксированы и синхронизированы со сканером (рис. 5). Колесо вращается перед сканером и маркировка выполняется непосредственно в процессе движения, при прохождении перед сканером каждого шприца.

 Рис.5 — Система маркировки NAGINELS (а) и линия Denesting (b)

Рис.6 – Шприц с лазерной меткой / штрих-кодом

На рисунке 6 показан шприц, с записанной матрицей / штрих-кодом, освещенный белым светом.

Процесс лазерной маркировки шприцов фемтосекундным лазером разработала компания Lasea, совместно с партнерами. Этот процесс также может использоваться для украшения стеклянных изделий, поскольку дифракционные структуры могут быть напечатаны. Параметры лазера могут обеспечивать дифракционный эффект и исключать образование трещин, что очень важно в фармацевтической промышленности. Поскольку жидкость, находящаяся внутри шприца, вводится в организм человека, частицы стекла являются абсолютно неприемлемыми.

 Этот процесс, разработанный компанией Lasea, уже используется крупной фармацевтической компанией Sanofi-Pasteur.

Источник: Ultrafast laser technology enables internal engraving in glass 

ROBERT BRAUNSCHWEIG AND DAVID BRUNEEL // Industrial Laser Solutions, NOVEMBER / DECEMBER 2018.- P.13-15   www.industrial-lasers.com