Teflon^®

Обработка материала Teflon^® с использованием технологии цифровой лазерной обработки материалов (DLMP^®)

Teflon^® и технология DLMP^®

Свойства материала Teflon, такие как высокая температура плавления и отсутствие сшивки, делают его хорошо совместимым с технологией цифровой лазерной обработки материала (DLMP), которая использует энергию лазера для изменения формы или внешнего вида материала. Результатом взаимодействия лазерной энергии с материалом Teflon является абляция материала и модификация материала. В случае с материалом Teflon могут применяться процессы лазерной резки, лазерной гравировки и лазерной маркировки. Лазерная энергия может удалять материал для его резки, гравировки или маркировки или изменять свойства поверхности для создания видимого изображения.

Отчет о применении технологии лазерной обработки материалов

Абляция материала

Абляция материала представляет собой физический процесс удаления материала. Материал удаляется полностью от верхней до нижней поверхности материала или частично от верхней поверхности до заданной глубины.

Teflon является превосходным поглотителем энергии CO₂-лазера (длина волны = 10,6 мкм). Когда Teflon поглощает энергию лазера, он быстро преобразует оптическую энергию в молекулярные колебания (тепло). При достаточном нагревании Teflon подвергается расщеплению, когда связи между повторяющимися звеньями просто разрываются, без существенного нарушения структуры базовой единицы. Материал, непосредственно попадающий в зону лазерного луча, аккуратно удаляется в виде пара и мелкодисперсного порошка Teflon.

По этим причинам для лазерной абляции материала Teflon обычно используют CO₂-лазеры. Материал, расположенный за пределами зоны воздействия лазера, поглощает некоторое количества тепла, но его недостаточно для глубокой и полной абляции. Эту область термического воздействия часто называют зоной теплового воздействия, или ЗТВ. В случае с Teflon ЗТВ практически не формируется, поскольку Teflon обладает высокой температурой плавления; это означает, что прилегающие поверхности могут выдерживать проводимое тепло без плавления или кипения. Тепловые эффекты можно минимизировать, выбирая подходящую мощность лазера для каждой конкретной толщины материала.

Лазерная резка

Лазерная резка — это сквозное удаление и отделение материала от верхней до нижней поверхности вдоль заданной траектории луча. Благодаря высокой температуре плавления и присущей чистоте Teflon легко очищается от сыпучего материала. Края, возникающие в результате лазерной резки материала Teflon, являются гладкими и не изменяют окраску, что иногда сопровождает тепловые процессы. Лазерная резка материала Teflon сопровождается образованием мелкодисперсного порошка из частиц ПТФЭ, который можно легко очистить сухой тканью. Описанная возможность может быть расширена для создания практически любой формы, включая возможность выполнения комплексных и близко расположенных разрезов.

Лазерная резка ромбовидной формы из белого материала Teflon толщиной 0,25 дюйма

Лазерная гравировка

Лазерная гравировка представляет собой процесс, в ходе которого осуществляется удаление материала с верхней поверхности до заданной глубины. Это возможно благодаря точной регулировке лазерной модуляции. При непрерывном изменении энергии лазера лазерная гравировка может использоваться для создания текстур, фотографий и информации, такой как текст и цифры. Teflon легко поддается гравированию без обесцвечивания или плавления. Это также обусловлено его высокой температурой плавления и чистотой.

Канавка, созданная лазерной гравировкой

Лазерная маркировка (глубокая)

Когда лазерная энергия используется для создания идентификационных меток, считываемых человеком и/или устройством, или информации на материале, такой как штрихкод, код даты/партии, серийный номер или номер детали, этот процесс считается лазерной маркировкой в глубину или глубокой лазерной маркировкой, хотя по существу является гравировкой материала. Глубокая лазерная маркировка позволяет устранить давнюю проблему, имеющую место при обработке Teflon. Применение методов с использованием чернил для идентификации деталей из материала Teflon невозможно, поскольку чернила просто не удерживаются на поверхности. Технология DLMP обеспечивает получение долговечного изображения без хлопот, связанных с использованием марких чернил.

Серийный номер, размер шрифта 24, нанесенный на черный материал Teflon с использованием глубокой лазерной маркировки

Модификация материала

Как уже обсуждалось, Teflon легко поглощает энергию лазера с длиной волны 10,6 мкм, чем обусловлено его аккуратное удаление. Однако CO₂-лазер неэффективен при необходимости создания контраста. Волоконные лазеры, работающие с длиной волны 1,06 мкм, также неэффективны при создании контраста на чистом белом Teflon. При данной длине волны Teflon часто используется в качестве светорассеивателя. Тем не менее, существует метод получения контраста на черном Teflon. Черный сажевый пигмент, используемый для создания черного Teflon, очень хорошо поглощает энергию волоконного лазера. Эта энергия преобразуется в тепло, которое проводится полимерной матрицей. При правильном контроле полимер начнет кипеть, создавая большую площадь поверхности. Дополнительные поверхности преломляются, приводя к появлению высококонтрастной, практически белой метки на черном Teflon. Этот процесс, иногда называемый отбеливанием или пенообразованием, не оставляет остатка или порошка, а маркированные области сохраняют свойства Teflon.

Лазерная маркировка (поверхностная)

Для нанесения информации, такой как цифры, текст, штрихкоды и даже фотографии, черный Teflon можно подвергать маркировке волоконным лазером. Изображение получается долговечным и высококонтрастным, что делает его привлекательной альтернативой методам с использованием чернил. В этом примере показан серийный номер, нанесенный на поверхность черного материала Teflon.

Серийный номер, размер шрифта 24, нанесенный на поверхность черного материала Teflon

Комбинированный процесс

Teflon может подвергаться нескольким процессам обработки без необходимости перемещать или повторно крепить материал. В этом примере показано, как процессы можно комбинировать, чтобы выполнять резку листового материала Teflon, нанести гравировку в виде ромба или маркировку на поверхность в виде серийного номера. Гравировка и маркировка всегда выполняются перед резкой в комбинированном процессе.

Лазерная резка и маркировка черного материала Teflon

Вопросы охраны окружающей среды, здоровья и обеспечения безопасности

При взаимодействии лазера с материалом почти всегда образуются выбросы газов и/или частиц. Основным механизмом разложения материала Teflon® при использовании процессов лазерной абляции является расщепление; более мелкие частицы Teflon удаляются из материала и осаждаются в виде мелкодисперсного белого порошка. Также образуются газовые выбросы, включающие карбонилфторид, фторформ, гексафторпропилен и тетрафторпропилен. Эти газы и частицы должны выводиться во внешнюю среду в соответствии с государственными нормативными требованиями. В качестве альтернативы они могут сначала обрабатываться системой фильтрации, а затем выводиться во внешнюю среду. При лазерной обработке некоторых материалов могут образовываться огнеопасные побочные продукты. Поэтому процесс лазерной обработки материалов всегда должен производиться под контролем.