Sejak pertengahan{0}}an, laser telah digunakan untuk pembuatan tanda, pengetsaan, dan pemotongan. Mesin penandaan laser pertama di dunia dikembangkan pada tahun 1965 untuk pengeboran lubang di masa depan pada cetakan pembuatan berlian, dan teknologi ini kemudian memperoleh momentum yang pesat.
Pengenalan awalLaser CO2 untuk penandaanterjadi pada tahun 1967, dan teknologinya mencapai kematangan pada pertengahan{1}}s melalui komersialisasi sistem laser CO2 modern. Sejak itu, sistem penandaan laser telah menjadi andalan di berbagai industri mulai dari luar angkasa hingga manufaktur perangkat medis, farmasi, dan ritel.
Meskipun bersaing dengan teknologi lain seperti pencetakan inkjet, laser telah dianggap sebagai teknologi pembuatan tanda yang kuat, berbiaya rendah, dan dapat diulang. Yang penting, prosesnya ramah lingkungan dan tidak memerlukan bahan habis pakai (seperti tinta, kartrid, dan kertas). Kini, sistem penandaan laser tidak lagi hanya mengandalkan laser CO2; lainnya, seperti laser serat dan sumber cahaya solid-state Nd:YAG, menawarkan penggunaan yang lebih kecil, biaya perawatan yang lebih rendah, dan alternatif yang efisien; dan kemajuan dalam kemampuan teknologi terlihat jelas. Mesin penandaan laser komersial tercepat kini dapat memproses puluhan ribu komponen per jam.
Meskipun evolusi teknologi penandaan laser berlangsung pesat, produsen dan pengguna sistem penandaan laser kini mencari cara baru untuk mendorong batas-batas teknologi penandaan guna menghadapi tantangan baru dan meningkatkan hasil pemrosesan.
Penandaan Laser Sirkuit Keramik
Tantangan-tantangan ini berasal dari material baru yang harus diproses, dan aplikasi baru yang harus dilayani - masing-masing mendorong kebutuhan akan pertumbuhan dan inovasi sekaligus membentuk pasar untuk pengembangan sistem laser.
Misalnya,keramikadalah salah satu bahan dengan pertumbuhan tercepat dalam pemrosesan laser, dan bahan ini sangat penting dalam pembuatan komponen semikonduktor dan papan sirkuit. Sering disebut sebagai "induk dari semua produk sistem elektronik", papan sirkuit cetak (PCB) adalah komponen yang digunakan di hampir semua produk elektronik, dan perubahan kecil dalam pengembangan PCB berdampak signifikan terhadap tren pasar.
Dalam beberapa tahun terakhir, fokusnya beralih ke penggunaan keramik pada papan sirkuit cetak (PCB) konvensional, yang terbuat dari resin epoksi plastik seperti FP4. Papan sirkuit keramik menawarkan perlakuan panas yang sangat baik, mudah diterapkan, dan memberikan kinerja yang unggul dibandingkan dengan PCB non-keramik. Namun, banyak teknik penandaan seperti pemrosesan layar tidak cocok untuk keramik. Penandaan tinta pada keramik rumit, memerlukan beberapa bahan habis pakai, dan tidak tahan terhadap abrasi. Kerapuhan dan kekerasan keramik juga menjadikannya salah satu bahan yang lebih sulit ditandai.
Hasilnya, laser menjadi terkenal dalam beberapa tahun terakhir sebagai alternatif teknologi pencetakan tinta, dan banyak perusahaan laser telah mengembangkan sistem yang khususnya cocok untuk penandaan keramik, seperti laser UV solid-state yang dipompa dioda, serta laser CO2 konvensional. laser.
“Ini termasuk tren ke arah miniaturisasi,” kata Andrew May, direktur perusahaan penandaan laser. Namun, ia menekankan bahwa memperkenalkan tren pasar baru juga membutuhkan waktu, "Apakah ada penerapan baru setiap minggunya? Tidak. Namun 15 tahun yang lalu, kami tidak pernah menandai keramik mini, dan sekarang kami melakukannya."
Bahan, bentuk, dan ukuran lebih fleksibel
Namun, meskipun pertumbuhannya pesat, penandaan keramik dalam elektronik saat ini bukanlah pasar terbesar bagi perusahaan penandaan laser. “Industri terbesar bagi kami adalah peralatan medis,” kata Andrew May, “kemudian otomotif, elektronik, dan komponen teknik umum. Kisaran produk yang dibutuhkan sangat bervariasi tergantung pada industri dan industri yang bersangkutan.”
Perusahaan ini memiliki delapan sistem laser (lima di antaranya digerakkan oleh Galv) yang menyediakan layanan penandaan untuk berbagai macam aplikasi. Oleh karena itu, dan karena perusahaan selalu memperoleh pelanggan baru dengan persyaratan yang disesuaikan dengan kebutuhan - May menekankan bahwa kemampuan untuk bersikap fleksibel sangatlah penting. Hasilnya, ia menggunakan laser yang cocok untuk menandai berbagai bahan, bentuk, dan ukuran, serta ukuran tumpukan yang berbeda. Kisaran penanda yang dapat ditawarkan juga beragam sesuai dengan basis pelanggannya, dengan laser yang mampu menghasilkan apa saja mulai dari kode hingga grafik dan matriks data - semuanya dengan kecepatan tinggi dan kemampuan reproduksi yang tinggi.
Oleh karena itu, memenuhi fleksibilitas ini merupakan suatu keharusan bagi produsen mesin penandaan laser sepertiSistem Bluhm.
Permintaan akan ketertelusuran komponen semakin meningkat
Tren penting lainnya di bidang penandaan laser adalah jaminan dan penyempurnaan ketertelusuran - identifikasi individu suatu produk melalui tanda identifikasi unik pada permukaannya. Penandaan ini bisa bermacam-macam bentuknya, namun yang semakin populer dan penting adalah penggunaan matriks data seperti kode dua dimensi (kode QR).
Dengan menandai setiap produk dengan kode matriks data uniknya, produk tersebut dapat dengan mudah diidentifikasi dengan cara yang tidak mengganggu dengan detail penting seperti pabrikan, nomor batch, dan masa pakai. Hal ini memberikan jaminan kualitas: konsumen dan pengguna dapat menentukan asal suatu produk secara pasti. Jaminan kualitas ini menciptakan hubungan langsung antara konsumen dan produsen dan memberikan nilai tambah pada produk, sehingga memungkinkan mereka bersaing dengan manufaktur berbiaya rendah. Karena presisinya yang luar biasa, laser cocok untuk menulis kode detail berukuran 200 μm - terlalu kecil untuk dilihat oleh orang yang lewat, tetapi mudah diperiksa dengan ponsel cerdas jika seseorang mengetahui lokasinya. Dengan ukuran seperti itu, matriks data dapat digunakan untuk tujuan anti-pemalsuan, sehingga memudahkan pemeriksaan keaslian barang berkualitas tinggi dengan cara yang tidak mengganggu. Hal ini berdampak besar pada industri farmasi karena merupakan cara untuk memastikan bahwa obat-obatan seperti pil tidak diproduksi dan didistribusikan secara curang.
Ketertelusuran komponen juga memainkan peran penting ketika digunakan sebagai bukti dalam litigasi. Misalnya, jika seseorang menjalani transplantasi medis dan transplantasi tersebut gagal, kemampuan penelusuran memungkinkan mereka mengetahui secara pasti apa yang salah, di mana letak kesalahannya, dan di kelompok mana kesalahan tersebut terjadi. Hal ini tentunya meningkatkan efisiensi dalam hal-hal seperti penarikan produk, namun juga memberikan lebih banyak otonomi kepada pelanggan. Hal ini mungkin tidak terlihat jelas, namun seiring dengan semakin tertariknya masyarakat terhadap litigasi, teknologi yang dapat meningkatkan kualitas putusan litigasi harus mengikuti perkembangannya.
Ketertelusuran juga berkontribusi terhadap tren lain di bidang manufaktur: meningkatkan kelestarian lingkungan dan mengurangi dampak ekologis. Dengan melacak suatu produk untuk mengetahui kapan produk tersebut rusak, atau mengetahui kapan produk tersebut mencapai akhir siklus hidupnya, produsen akan lebih mampu secara proaktif mengganti dan mendaur ulang. Hal ini juga berarti bahwa produk dapat dikembalikan untuk diperbaiki sebagaimana mestinya, sehingga lebih sedikit peralatan yang berakhir di tempat pembuangan sampah.
Namun, sistem pelabelan matriks data saat ini menghadapi banyak tantangan. Bahan tertentu membuat penanganan menjadi lebih sulit - khususnya kaca dan polimer, serta logam tipis dan foil. Penandaannya juga harus permanen dan stabil, dan sistemnya harus mampu mengakomodasi berbagai ukuran produk.
Tantangan khusus bagi beberapa mesin penandaan laser adalah penandaan pada permukaan non-planar. Jumlah printer inkjet masih melebihi sistem berbasis laser di bidang ini. Oleh karena itu, para insinyur sistem berupaya mengatasi tantangan ini. Misalnya, beberapa produsen sistem penandaan laser menawarkan laser CO2 dan serat dengan daya rata-rata 20-500 W dan waktu siklus yang bervariasi, dilengkapi dengan optik pemfokusan yang dapat disesuaikan secara otomatis untuk digunakan pada permukaan 3D yang dapat disesuaikan dengan kelengkungan objeknya. Untuk memperhitungkan permukaan dengan geometri yang tidak diketahui, sistem ini menggunakan sistem penglihatan fokus otomatis yang terlebih dahulu memindai permukaan 3D dan kemudian menyesuaikan fokus laser selama proses penandaan.
Namun, permukaan yang tidak rata bukan satu-satunya tantangan yang dihadapi produsen sistem penandaan laser. Florent Thibaut, CEO dari produsen solusi penandaan laser, menjelaskan, "Dalam banyak kasus, solusi penandaan yang distandarisasi secara global, seperti inkjet, tidak mampu memenuhi persyaratan yang diperlukan untuk memberikan tanda spesifik untuk setiap produk. Saat ini , penggunaan laser yang biasa sudah tersedia sebagai metode berkelanjutan, seperti halnya menggunakan pena. Namun, hal ini tidak cukup cepat - kita perlu menemukan solusi yang menyeimbangkan volume dan akurasi produksi."
Penandaan berurutan terpengaruh karena penandaan laser harus berubah untuk setiap produk, sehingga memiliki teknologi penandaan yang dapat disesuaikan dengan setiap produk sangatlah penting. Pabrikan memerlukan keluaran yang sangat tinggi - penandaan harus beradaptasi dan tingkat penandaan harus tinggi - dan ini bahkan tidak memperhitungkan kesulitan pemrosesan bahan tertentu seperti kaca atau polimer.
Untuk mengatasi masalah ini, produsen solusi penandaan laser telah mematenkan teknologi VULQ1 miliknya, yang memenangkan Penghargaan Inovasi Sistem Laser di Laser World Photonics Industrial Production Engineering tahun ini, yang tidak memilih penggunaan satu berkas cahaya kontinu (seperti halnya kasus dengan sistem penandaan konvensional). Sebaliknya, ia menggunakan ratusan berkas cahaya untuk menghasilkan efek seperti stempel - menghasilkan seluruh kode matriks data dalam sekejap. Metode yang digunakan untuk menghasilkan stempel unik ini adalah pembentukan sinar dinamis, yang dilakukan dengan menggunakan komponen seperti Spatial Light Modulator (SLM), yang dapat menyesuaikan setiap pengambilan untuk menghasilkan balok dengan struktur unik.
Meskipun teknologi penandaan laser lainnya mungkin memprioritaskan tingkat pengulangan yang tinggi untuk hasil yang tinggi, teknologi ini menggunakan energi pulsa yang lebih tinggi dan pemrosesan paralel untuk hasil yang lebih baik.
Thibaut berkata, "Skema penandaan seperti stempel ini membuka potensi produktivitas luar biasa untuk penandaan kode batang 2D dan mudah diterapkan."
Misalnya, teknologinya dapat digunakan untuk menandai komponen medis PVC dengan kode matriks data selebar 570-μm dengan kecepatan 77,000 per jam. Bahan lain yang dapat ditandai oleh sistem ini mencakup aluminium yang dilapisi dengan polimer HDPE; gelas soda-kapur; kaca borosilikat, emas murni, dan komposit cetakan epoksi.
Thibault menambahkan, "Ukuran pola bisa sekecil 100 μm dengan tetap menjaga keterbacaan yang sangat jelas, bahkan ketika menandai dalam garis lurus, karena semua titik ditandai secara bersamaan." Terlebih lagi, karena tidak harus bergantung pada frekuensi pengulangan yang tinggi, teknologi ini dapat membangun sistem menggunakan inframerah siap pakai dan laser Nd: YAG hijau dengan frekuensi pengulangan sekitar 20-30Hz, sehingga memastikan bahwa sistemnya tetap seefektif mungkin dari segi biaya.
Laser ultracepat mengubah kaca menjadi penyimpanan data
Area baru yang menarik dalam penandaan laser adalah penyimpanan data. Para peneliti mengklaim mereka dapat menghasilkan sistem penyimpanan data yang efisien dengan menggunakan laser ultracepat untuk menyandikan data ke dalam media kaca/kristal. Data disimpan dalam kaca/kristal dalam bentuk ablasi mikro, dan setelah diproduksi, data tersebut akan dapat disimpan dalam jangka waktu yang sangat lama.
Pada tahun 2013,Hitachimengumumkan sistem penyimpanan data kristal kuarsa pertamanya, dan pada tahun 2014, para peneliti di Pusat Penelitian Optoelektronik (ORC) Universitas Southampton mengumumkan pengembangan sistem kaca tergores laser femtosecond. ORC telah mulai berkolaborasi dengan Microsoft Research pada "Project Silica" ORC telah mulai bekerja dengan Microsoft Research pada "Project Silica," yang berjanji untuk mengembangkan sistem penyimpanan skala zb dan "secara mendasar memikirkan kembali bagaimana membangun sistem penyimpanan massal.
Namun, menulis pada kaca bukanlah tugas yang mudah, dan sistem laser UV atau CO2 berdenyut standar dapat menghasilkan retakan mikro - pemanasan berlebihan pada permukaan material dapat menyebabkan kerusakan pada titik panas. Meskipun hal ini dapat dielakkan dengan mengurangi energi pulsa, hal ini tidak ideal bila diperlukan presisi tinggi. Inilah sebabnya para peneliti beralih ke sistem laser ultracepat (femtosecond) untuk meminimalkan risiko kerusakan termal. Durasi pulsa energi tinggi yang sangat singkat memastikan energi yang cukup disalurkan ke material untuk menandainya dengan presisi ekstrem, hanya menciptakan zona yang terkena dampak panas minimal dan menghindari retakan mikro.
Keterbatasan teknologi ini saat ini adalah kecepatan penulisan data yang sangat rendah, dan penulisan data berskala Tb memerlukan waktu bertahun-tahun untuk menyelesaikannya. Untungnya, terobosan yang sedang berlangsung menunjukkan cara untuk meningkatkan kecepatan penulisan data. Tahun lalu, peneliti ORC menerbitkan metode penulisan laser hemat energi di jurnal Optica: metode ini tidak hanya cepat, namun juga dapat menyimpan sekitar 500 Tb data pada cakram silika berukuran CD - jumlahnya 10,000 kali lebih padat dibandingkan teknologi penyimpanan Blu-ray Disc.
Metode baru para peneliti menggunakan laser serat 515 nm dengan frekuensi pengulangan 10 MHz dan durasi pulsa 250 fs untuk membuat lubang kecil di kaca silika, yang berisi struktur nanolaminar individu berukuran hanya 500 × 50 nm. Struktur nano berdensitas tinggi ini dapat digunakan untuk penyimpanan data optik jangka panjang. Para peneliti mencapai kecepatan tulis 1,000,000 voxel per detik, yang setara dengan merekam sekitar 225 KB data (lebih dari 100 halaman teks) per detik.
Metode baru ini digunakan untuk menulis data teks sebesar 5 GB ke dalam disk kaca silikon seukuran CD-ROM konvensional dengan akurasi pembacaan hampir 100%. Setiap voxel berisi empat bit informasi, dengan setiap dua voxel berhubungan dengan satu karakter teks. Dengan menggunakan kepadatan penulisan yang disediakan oleh metode ini, disk akan mampu menampung 500 Tb data. Dengan meningkatkan sistem penulisan paralel, penulisan data sebanyak itu seharusnya bisa dilakukan dalam waktu sekitar 60 hari, kata para peneliti.
