Interacción entre las tecnologías de marcaje láser y tipos de plásticos

El marcado o grabado de plástico por láser, es un sistema mediante el cual un rayo láser incide sobre un determinado material generando una reacción química que crea una marca permanente. El resultado del marcaje láser depende en gran medida del tipo de plástico a marcar, sus aditivos y de la tecnología láser que se usa para marcarlo.

En este post trataremos de explicar los distintos tipos de plásticos que hay en el mercado y cómo reaccionan en función del láser utilizado para el marcado.

¿Qué son los plásticos?

Los plásticos son un tipo de materiales sintéticos obtenidos mediante reacciones de polimerización (reacción en la que dos o más moléculas se combinan para formar otra en la que se repiten unidades estructurales de las moléculas originales) a partir de derivados de diversos materiales como el petróleo, gases naturales o carbón. En los últimos años, se han desarrollado también plásticos procedentes de diversas fuentes como las algas, la caña de azúcar o el aceite de cocina y que se denominan bioplásticos.

Existen tres grandes familias de plásticos:

• Los termoplásticos no sufren cambios en su estructura química durante el calentamiento. Se pueden calentar y volver a moldear cuantas veces se desee. Por ejemplo, el polietileno (PE), el polipropileno (PP), el poliestireno (PS), el poliestireno expandido (EPS), el policloruro de vinilo (PVC), el politereftalato de etilenglicol (PET), etc.
• Los termoestables, sí sufren un cambio químico cuando se moldean y, una vez transformados por la acción del calor, no pueden ya modificar su forma. Por ejemplo, las resinas epoxídicas, las resinas fenólicas y amídicas y los poliuretanos.
• Los elastomeros, son aquellos tipos de compuestos que incluyen no metales en su composición y que muestran un comportamiento elástico. Por ello a veces se les conoce como gomas. Los elastómeros son polímeros amorfos que se encuentran sobre su temperatura de transición vítrea, lo que explica esa considerable capacidad de deformación. 

A temperatura ambiente, las gomas son relativamente blandas y deformables. Se usan principalmente para cierres herméticos, adhesivos y partes flexibles.

Los plásticos en general son versátiles, duraderos, resistentes al calor, baratos y livianos y están presentes en todos los aspectos de nuestra vida cotidiana.

El marcado láser de plásticos mejora los procesos de identificación industrial y trazabilidad

Como es bien sabido, el plástico está presente en todos los ámbitos de nuestra vida y en todos los sectores industriales, como, por ejemplo:

• Automoción. Para multitud de componentes: parachoques, acabados interiores, faros, asientos, etc.
• Aeroespacial: Mamparas, galleys, asientos, etc.
• Packaging: envases, bidones, botellas, etc.
• Construcción: perfiles para ventanas y puertas, tuberías y conductos, etc.
• Industria médica y sanitaria: prótesis, jeringuillas, equipos médicos
• Componentes eléctricos: conectores, interruptores, lámparas, etc.

En los últimos tiempos, en la industria del plástico estamos asistiendo a un proceso de sustitución de tecnologías de marcado tradicionales, como han sido la etiqueta adhesiva, la serigrafía, tampografía o la inyección de tinta por diferentes soluciones de marcado  láser.

Las razones para este cambio pueden ser varias:

• El marcado por láser es una técnica de marcado permanente y, por tanto, no desaparece con el tiempo. También es indeleble e inviolable, algo fundamental para la trazabilidad de los productos.
• El marcado láser se realiza sin contacto: no requiere ningún tipo de manipulación por parte del operario y no implica ningún desgaste de herramientas o costes por consumibles. Por otro lado, el material permanece libre de presión, tensiones y fijaciones, pudiendo garantizar así unos resultados uniformes.
• Los equipos de tecnología láser tienen un bajo CTP o coste total de propiedad, que es aquel asociado al ciclo de vida completo de la máquina.
• Las máquinas láser tienen una alta productividad: el marcado se realiza a alta velocidad, pueden ser integradas fácilmente en líneas de producción, permiten marcar una gran variedad de plásticos, no requieren un tratamiento previo ni otro posterior, etc.  · Los gastos de mantenimiento de las máquinas láser son muy bajos y no requieren consumibles (productos químicos, tintas, etc.), como en el caso de otras tecnologías.

Varias tecnologías láser disponibles para el marcado de plásticos

A la hora de hablar de marcado láser sobre plásticos hay que tener en cuenta que existen diversas tecnologías láser y que cada una de ella reacciona de una manera diferente sobre cada uno de los plásticos existentes. En este sentido, siempre es recomendable hacer pruebas de marcaje sobre la pieza final de cara a determinar cuál de las diferentes tecnologías láser disponibles reacciona mejor con el plástico con el que nos interesa trabajar.

En el mercado nos podemos encontrar, entre otras tecnologías, con láseres CO2, fibra, híbridos y verdes. Sin entrar en consideraciones muy técnicas, las diferencias entre ellos es que el medio láser activo es diferente. Esto provoca que el punto de foco del rayo sea más grande en unos que en otros y que los materiales que reaccionan al rayo láser también sean diferentes según la tecnología.

A su vez, estos equipos láser se pueden presentar bajo 2 formatos diferentes: en un formato de mesa XY (también conocidos como gantry), en los que obtenemos áreas de trabajo mayores a costa de perder en velocidad (tiempos de ciclo), o en formato galvanométrico, en los que los campos de trabajo son más reducidos, pero la velocidad es notoriamente más alta. 

Prescindiendo en este caso del factor económico, la elección de un formato u otro dependerá de qué criterio sea más importante para nosotros: si el campo de trabajo o la velocidad de marcaje. Normalmente en el ámbito industrial es este segundo factor el que suele condicionar la elección de un formato u otro.

En las marcadoras láser galvanométricas siempre es recomendable el empleo de la lente focal F-254, ya que nos permite incrementar el tamaño del spot del rayo, a la par que reduce la densidad de la energía, obteniendo como resultado un marcaje más contrastado.

Las características técnicas de las máquinas láser galvanométricas de Gravotech, según las tecnologías disponibles, son:

Acabado del marcado láser sobre los plásticos

Dependiendo de la fuente láser que elijamos para nuestra aplicación, obtendremos unas reacciones u otras sobre el plástico. Básicamente, las reacciones observadas en los plásticos al ser marcados por un láser, del tipo que sea, se reducen a 5. Que son:

1. Foaming/bubbling. En este caso el material base es irradiado por la acción del láser y se forman burbujas de gas en el área irradiada por efectos térmicos. Al enfriarse, estas burbujas de gas quedan atrapadas en la capa superior del material, produciendo un hinchamiento «blanquecino». Esta reacción es particularmente visible en materiales oscuros, produciendo una «especie de» decoloración. Este proceso se puede combinar con la carbonización para formar espuma gris/negra.
2. Coloración de la superficie del material. El material base absorbe la energía proporcionada por la radiación láser y una serie de reacciones térmicas conducen a un «aumento de la densidad molecular» del área y, por lo tanto, a su hinchazón visible. Las moléculas se condensan y la densidad aumenta.
3. Carbonización. El área tratada con láser se irradia intensamente de forma continua, las macromoléculas del material se carbonizan, creando un tinte negro. Este proceso se puede combinar con la formación de espuma, es decir, con la carbonización espumada.
4. Coloración del cuerpo. La composición química de los constituyentes del material se altera, resultando en una coloración producida por un aumento en la intensidad de los «pigmentos». Los «pigmentos» del material base suelen contener iones metálicos. El láser induce un cambio en la estructura cristalina de estos iones y en el grado de hidratación del cristal.
5. Ablación/ eliminación de material. La zona irradiada hace que el material se «sublime» por efecto térmico, creando una depresión en la zona. Por reflexión de la luz ambiental, se revela el área vaciada. Este resultado se produce con los láseres Co2

Equipos láser de Gravotech para el marcado de plásticos

Gravotech posee una amplia gama de láseres de diferentes tecnologías: CO₂, verde, híbrido y fibra, susceptibles de configurarse como estaciones de trabajo de clase I, como de integrarse en una línea de producción para el marcaje de todo tipo de codificación industrial (códigos alfanuméricos, códigos de barras, códigos QR, códigos DataMatrix, etc.)

Los equipos láser de Gravotech son respetuosos con el medio ambiente, ya que no utilizan tinta ni generan emisión de solventes. Tampoco tienen consumibles y su mantenimiento es prácticamente nulo, por lo que los costes de explotación quedan reducidos al mínimo.

Estos equipos permiten grabar códigos de barras, códigos Datamatrix, números de serie, logotipos o cualquier otra información de una forma rápida y segura. El marcado que realizan es permanente, legible, duradero y con gran precisión. Estas cualidades son muy apreciadas en todo tipo de industrias.

Gravotech dispone de una gran variedad de marcadoras láser:

Máquinas de marcado láser de fibra

Precisas y potentes, las grabadoras láser de fibra realizan un marcado de alta calidad en tiempos de ciclo muy cortos en ciertos plásticos (sobre todo aquellos que no son transparente). Tienen una longitud de onda de 1064 nm. 

Se trata de equipos láser muy compactos y con gran conectividad, que facilitan una sencilla y rápida integración en cualquier proceso de fabricación. Además, son equipos que cuentan con una protección IP54, ideal para entornos industriales muy agresivos. Disponibles en varios modelos y potencias.

Máquinas de marcado láser híbrido

Los equipos de láser híbrido, con una longitud de onda de 1064 nm, están diseñados para aplicaciones que requieren una gran versatilidad en términos de materiales plásticos con una velocidad increíblemente alta.

Probablemente, sean la mejor opción para el marcado directo de plásticos. Sin ser tan frío como el verde, calientan mucho menos que la fibra o el CO2. Además, son más rápidos y económicos que el láser verde. Disponibles en varios modelos y potencias.

Máquinas de marcado láser CO2

Los sistemas de marcado láser de CO2 utilizan una longitud de onda en el rango de infrarrojos de 10600 nm. Son ideales para marcar materiales orgánicos, entre ellos, los plásticos, produciendo como resultado un surco o bajorrelieve.

En algunos casos, como el POM natural o el nylon transparente, es la única opción de marcado disponible. Disponibles en varios modelos y potencias.

Máquinas de marcado láser verde

La fuente DPSS de tecnología láser verde, con una longitud de onda de 532 nm, está diseñada para marcar de forma «suave» y «en frío» materiales sensibles o plásticos que no son reactivos a otras longitudes de onda. La grabadora láser verde también tiene un diámetro de punto muy pequeño, que ofrece la posibilidad de realizar un marcado muy pequeño (0,1 mm) con una calidad de marcado inigualable en una amplia gama de materiales. Disponibles en varios modelos y potencias.

Si no estás familiarizado con las prestaciones de las distintas tecnologías láser, consulta nuestra guía de selección láser galvanométrico para ver qué tecnología láser es mejor en función del material de la pieza a marcar. Si necesitas información adicional o resolver alguna duda, solicita a nuestros expertos un asesoramiento.

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Webinar sobre el marcado láser de plásticos

El pasado 6 de junio realizamos un Webinar junto al Centro Español de Plásticos (CEP) donde hablamos del marcado láser sobre plásticos para identificación y trazabilidad y las ventajas frente a otras técnicas de marcado actuales. Puedes verlo aquí

Durante este Webinar se plantearon muchas preguntas, demostrando el interés que el marcado láser genera en el sector del plástico. Ahora Gravotech pone a disposición de todos las respuestas que se ofrecieron durante el evento. Puedes ver el documento aquí.