Influência dos parâmetros de um feixe laser na qualidade de gravação em componentes

Abstract

A marcação de componentes com recurso à tecnologia laser é um processo de gravação permanente que utiliza um feixe para criar uma marca na superfície de um componente. Graças à potencial qualidade da marcação, este processo é cada vez mais utilizado em diferentes indústrias (semicondutores, eletrónica, medicina, automóvel, aeroespacial, etc) para gravação do número de série de componentes, logos, códigos de barras, QR code, etc. Existem diversos parâmetros como a potência, dimensões do feixe do laser, velocidades de marcação, a frequência de pulso, etc., que afetam a qualidade da gravação e a sua penetração. Dependendo do componente e do material em causa, os parâmetros têm de ser ajustados de modo a encontrar os parâmetros ótimos para cada componente/material. O objetivo deste trabalho passa pela investigação da influência dos parâmetros de um feixe laser na qualidade da gravação, de modo a obter os melhores conjuntos de condições de marcação laser aplicado a diferentes materiais. Um laser de fibra de 30 W foi utilizado, tendo o estudo paramétrico incidido sobre a potência, frequência, velocidade de marcação e número de passagens. Os materiais estudados foram o Polioximetileno (POM) branco e preto, liga de alumínio AW-6082-T6 e o aço inoxidável 304 2B. De modo a tentar perceber os motivos das diferenças nas respostas à marcação a laser para as diferentes amostras, foram realizados testes de diagnóstico como a análise térmica (TGA), espetroscopia vibracional FTIR e Raman, medições de absorvância, microscopia ótica e eletrónica de varrimento. Os resultados mostraram que as marcações variaram em cor e qualidade, tendo sido possível encontrar para cada material o conjunto de parâmetros que garante a melhor qualidade de marcação, inclusive para elevadas velocidades de marcação. De forma geral, a qualidade da marcação também foi influenciada pela estratégia de marcação, com a presença ou ausência de contornos e o método de enchimento utilizado. Esta investigação permitiu também determinar os mecanismos de degradação associados a cada material e como mitigar efeitos indesejáveis, garantindo marcações de acordo com os padrões industriais do ponto de visto de qualidade e cadência.

Component marking using laser technology is a permanent engraving process that uses a beam to create a mark on the surface of a component. Thanks to the potential quality of marking, this process is increasingly used in different industries (semiconductors, electronics, medicine, automotive, aerospace, etc.) for engraving the serial number of components, logos, barcodes, QR codes, etc. There are several parameters, such as power, laser beam dimensions, marking speeds, pulse frequency, etc., which affect the quality of the engraving and its penetration. Depending on the component and the material concerned, the parameters must be adjusted to find the optimal parameters for each component/material. This work aims to investigate the influence of a laser beam's parameters on the engraving's quality to obtain the best sets of laser marking conditions applied to different materials. A 30W fiber laser was used, and the parametric study focused on the power, frequency, marking speed and the number of passes. The materials studied were black and white polyoxymethylene (POM), AW-6082-T6 aluminium alloy and 304 2B stainless steel. To try to understand the reasons for the differences in responses to laser marking for the different samples, diagnostic tests were carried out such as thermal analysis (TGA), FTIR and Raman vibrational spectroscopy, absorbance measurements, optical and scanning electron microscopy. The results showed that the markings varied in colour and quality, and it was possible to find the set of parameters that guarantees the best marking quality for each material, including for high marking speeds. In general, the marking quality was also influenced by the marking strategy, with the presence or absence of contours and the filling method used. This research also made it possible to determine the degradation mechanisms associated with each material and how to mitigate undesirable effects, ensuring markings according to industrial standards from the point of view of quality and cadence.