Inovasi Marking Laser: Memperluas Cakupan di Otomotif, Minyak & Gas, dan Kesehatan

Marking laser pergi di bawah laut, di bawah permukaan dan ultrafast.

Bidang marking laser yang sudah terbukta terus membuka tanah baru dengan peluang bisnis yang berkembang di industri otomotif, minyak dan gas, medis dan industri lainnya.

Laser ultrafast—yang dalam regime pikosekon dan femtosekon—menjadi pemain kunci dalam beberapa aplikasi medis yang sangat sensitif, diberi mandat federal. Versi perangkat lunak proprietary baru dan sistem marking kustom adalah semakin banyak dituntut. Dan kemitraan besar baru antara penyedia sistem yang relatif muda dan pemimpin global dalam kabel dan rak peralihan lebih jauh menunjukkan momentum yang kuat dari marking laser.

Dan, selaras dengan dorongan menuju Industry 4.0, langkah otomatisasi baru sedang dirolakan untuk meningkatkan throughput produk yang ditandai laser.

Pada akhirnya, sementara marking laser dekoratif telah digunakan untuk beberapa waktu, kebutuhan yang meningkat untuk perlindungan merek melalui marking track-and-trace dari kode kompleks pada berbagai bagian bernilai tinggi membuat teknologi ini lebih vital dari sebelumnya.

Bersama-sama Berkembang

Untuk Cajo Technologies berbasis Finlandia, 2019 diharapkan melanjutkan momentum tahun lalu dengan kemitraan penjualan dan distribusi baru dengan raksasa kabel dan rak Anixter, serta memperluas kerja dengan kabel subsea.

Industri tersebut sangat bergantung pada marking on-the-fly yang cepat, yang tetap menjadi aplikasi yang tumbuh paling cepat Cajo, menurut Presiden Ismo Rantala. Berdiri sejak 2010 dan dengan kantor pusat AS di New Orleans, Cajo melupakan diri sebagai penanda laser tercepat di dunia—yang jelas telah menarik perhatian Anixter.

Anixter "adalah distributor kabel terbesar di dunia," jelaskan Rantala, "dan mereka menimbang lebih dari $1 miliar kabel di seluruh dunia." Dengan membawa keahlian Cajo ke dalam rumah, Anixter menambahkan nilai bagi pelanggan mereka, yang dapat memperoleh kabel yang sudah ditandai atau sistem marking Cajo langsung dari penyuplai kabel.

"Industri kabel dan rak telah menemukan bahwa marking on-the-fly adalah masa depan marking apa pun yang mereka lakukan," kata Rantala. Dia mencatat bahwa 90 persen downtime dalam aplikasi marking biasanya disebabkan oleh kegagalan mesin tinta yang tersumbat. Sebaliknya, laser tidak memiliki konsumsi dan dapat berjalan 100.000 jam, kata dia.

Sementara itu, Cajo—yang terutama menjual kepada OEM—memperkuat suite perangkat lunak proprietary mereka, menempatkannya dalam ranah yang sama dengan Trumpf dan Rofin. Tawaran desain terbaru perusahaan adalah CajoCAD 3.0. Faktanya, prioritas perekrutan Cajo saat ini adalah insinyur perangkat lunak, kata Rantala, dengan tujuan untuk terus meningkatkan kecepatan marking kabel berdasarkan spesifikasi yang diminta oleh produsen kabel terbesar industri.

Inovasi yang berkelanjutan sangat penting bagi Cajo karena permintaan pada sistem mereka untuk marking kabel subsea antara platform minyak dan daratan. Kabel yang dilapisi plastik ini dapat berjalan hingga 80 km (49 mil), seperti dalam kasus garis daya dan cairan fiber optik yang diproduksi untuk industri energi oleh Aker Solutions Norwegia. Beberapa kabel individu dapat diedalkan dalam kabel yang lebih besar.

Untuk Aker, Cajo menciptakan sel marking tiga-laser yang membuat tanda pada peningkatan 120o di sekitar kabel, sehingga tanda yang menunjukkan nama proyek dan panjang kabel dapat dilihat dari sudut mana pun. Karena kabel fiber optik tidak dapat memutar dan berfungsi dengan baik, satu garis terdepan di atas memastikan mereka tetap dalam orientasi yang tepat. Tanda lain menunjukkan jarak bagian tertentu dari kabel dari kapal, platform atau daratan. "Itu untuk troubleshooting; jika ada yang terjadi pada kabel mana pun, mereka dapat ping di mana kesalahannya dan pergi memperbaikinya."

Dalam hal laser dalam sistemnya, Cajo mengandalkan unit fiber, yang dapat menandai "99 persen materi," tegas Rantala. "Kami dapat menandai lay line dan marking berurutan untuk kabel subsea pada PVC dan materi lainnya dengan laser, dan itu telah menarik perhatian perusahaan yang sedang membuat produk ini."

Pendek dan Tajam

Pada skala yang jauh lebih kecil dari hal ukuran bagian, komunitas medis mulai menerima laser ultrafast, atau ultrashort pulse, dalam regime pikosekon bahkan femtosekon untuk menandai unique device identifiers (UDI) permanen pada perangkat stainless steel.

Sementara laser nanosekon telah berhasil dalam menandai produk untuk beberapa waktu, kata Thorsten Ferbach, manajer pengembangan bisnis Coherent-Rofin, Santa Clara, Calif., dampaknya pada stainless steel dapat menyebabkan korosi dengan autoklav berulang. Jadi, sementara laser pikosekon adalah investasi yang signifikan, mereka lebih dari membayar diri sendiri dalam manufaktur perangkat medis bernilai tinggi—di mana kegagalan bukanlah opsi.

Menggerakkan teknologi ini adalah peraturan FDA yang berlaku sejak September 2018 yang menentukan bahwa perangkat medis yang memerlukan beberapa putaran sterilisasi harus menandai tanda yang tidak akan menurun seiring waktu. Peraturan ini dimaksudkan untuk menjamin bahwa dokter di seluruh dunia dapat mengakses data yang dienkripsi dalam tanda-tanda ini. Kegagalan dalam membaca kode ini menghasilkan catatan dalam database FDA, jelaskan Ferbach, dan terlalu banyak laporan untuk produk tertentu dapat menghasilkan FDA menutup produksi sebagai bagian dari investigasi besar.

Untuk memenuhi permintaan ini, Coherent-Rofin telah mengoptimalkan laser pikosekon Rapid NX-nya, jelaskan Ferbach. Berbeda dengan laser nanosekon, yang menghasilkan tanda gelap dengan menciptakan oksida hitam pada permukaan materi, marking pikosekon mengubah struktur struktur nanodibawah permukaan materi seperti stainless steel 1.4301, sehingga menangkap dan menyerap cahaya untuk menghasilkan tanda kontras tinggi.

"Itu serupa dalam prinsipnya dengan kulit pelindung jet stealth," jelaskan Ferbach. "Saat Anda mengekspos kulit itu ke sinar radar, tidak ada refleksi; pesawat menjadi tidak terlihat." Dengan perangkat stainless steel, area yang diobati laser pikosekon menyerap cahaya untuk muncul sebagai tanda gelap. Dan berbeda dengan tanda oksida, yang dapat berubah penampilan tergantung pada sudut yang dilihat, tanda bawah permukaan hitam terlihat sama dari semua sudut.

Dalam hal throughput dan kemampuan untuk memantau proses marking, tidak ada perbedaan antara laser nanosekon dan pikosekon dalam aplikasi ini, katanya. Namun sebelum pelanggan memulai proyek, Coherent-Rofin akan melakukan studi kelayakan. Ini memastikan laser pikosekon beroperasi di bawah parameter yang tepat untuk pekerjaan dan pelanggan memahami langkah-langkah pemeliharaan mencegah untuk unit ini yang didinginkan air internal.

Di luar perangkat medis, industri lain memiliki potensi untuk menerima presisi laser ultrashort pulse untuk marking.

Desain dapur kontemporer, dengan fokusnya pada peralatan stainless steel, adalah kandidat ideal, catat Ferbach. "Anda melihat item stainless steel atau diukir atau dicetak," jelaskan dia. Produsen di industri ini menghindari laser nanosekon saat ini karena variabilitas yang disebutkan sebelumnya dari bagaimana tanda hitam terlihat ketika dilihat dari sudut yang berbeda. "Ini di mana kami masih harus mendidik pasar" tentang manfaat laser ultrafast.

Selain peralatan, lanjut dia, OEM elektronik konsumen juga menerima ultrafast.

Dalam hal materi, laser pikosekon juga dapat menandai pada titanium, terutama untuk implan; aluminium anodis, sering digunakan dalam alat ortopedik; dan plastik PEEK dan PPSU.

Memperluas Portofolio dan Pasar

Dapra Marking Systems dari Bloomfield, Conn., mulai membuat sistem laser sendiri sekitar dua tahun lalu untuk memanfaatkan berbagai peluang, mulai dari OEM besar hingga fabrikator kustom kecil. Dari perangkat daya rendah hingga daya marking relatif tinggi 100 W, Dapra telah memperluas tawarannya dengan garis laser hijau berbasis fiber dan pikosekon baru.

"Kami lompat masuk dan mulai menawarkan laser pikosekon karena saat Anda memiliki aplikasi yang tepat dan hanya pikosekon yang akan melakukannya, itu cocok," kata Dave Noonan, direktur penjualan dan aplikasi laser. "Pikirkan marking UV sebagai marking dingin karena ada tanda panas yang sangat kecil. Dengan laser pikosekon, itu seperti itu pada steroid."

Perusahaan juga menawarkan enclosure dengan slide terprogram yang dipasang di dinding belakang. Slide sumbu X ini memungkinkan pengguna untuk memindahkan kepala laser di seluruh jarak yang jauh lebih besar. Slide typikal memungkinkan pergerakan 30 inci (762 mm), jelaskan Noonan, memungkinkan marking lebih banyak bagian atau bagian yang sangat panjang seperti lembaran senapan atau serangkaian lembaran. Ini berbedakan dari area marking persegi yang lebih biasa sekitar 110-170 mm.

Sementara itu, tambahan baru ke suite perangkat lunak Dapra memungkinkan indeksasi rotary yang lebih cepat untuk bagian silindris seperti alat bedah. "Jika Anda memiliki probe dan Anda perlu meletakkan cincin pada probe untuk mengetahui seberapa dalamnya masuk ke dalam jaringan, cincin ini harus ditempatkan dengan cara yang sangat konsisten," jelaskan Noonan. "'sumbu ketiga' typikal untuk marking cincin memerlukan Anda untuk menandai dan kemudian mengindeks; tidak memungkinkan Anda untuk melakukan keduanya pada saat yang sama. (Perangkat lunak baru kami) memungkinkan kami untuk menandai dan memutar pada saat yang sama," mengatasi perjuangan yang berkepanjangan bagi produsen, dan dengan biaya yang lebih rendah dari perangkat lunak on-the-fly yang sebenarnya.

Selain opsi perangkat lunak dan cabinet kustom, Dapra telah mengembangkan kontroler baru yang dapat diletakkan ke dalam cabinet apa pun untuk daya laser apa pun. "Itu sangat modular dalam sifatnya," kata Noonan. Kontroler yang sama digunakan untuk penawaran Class 4 juga, yang telah menjadi cukup populer.

Sistem Dapra dengan cepat telah mendapatkan penggiat untuk aplikasi medis, penerbangan, otomotif, manufaktur gigi dan peralatan pertanian berat.

"Penerbangan adalah sektor yang cukup panas tahun lalu dan tampak akan menjadi sangat panas tahun ini," catat dia. Industri secara historis cenderung terhadap marking dot peen, tambah dia, mengingat peraturan yang menentukan marking rendah stres. "Kami melihat lonjakan minat dari industri penerbangan untuk menandai sejumlah bagian yang lebih besar dan proyek yang lebih besar akan datang."

Sementara proyek-proyek tersebut cenderung datang dari pemain besar, fabrikator kustom kecil juga mulai ke depan—yang mendorong Dapra untuk memperkenalkan garis produk untuk memenuhi kebutuhan mereka.

"Saya baru saja berada di instalasi di Florida di mana kami menjual laser kepada produsen medis kecil" dengan hanya satu setengah karyawan, ingat dia. "Dia membuat pin traksi, telenan bedah, baut tulang dan lebih banyak. Dulu, laser terlalu mahal untuk pemain kecil seperti ini; tidak lagi. Ini adalah dunia baru dan kami memiliki solusi yang relevan."

Seperti harga laser turun, kata Noonan, Dapra mengharapkan tahun yang lebih besar lagi pada 2019 karena lebih banyak produsen dapat menambahkan marking laser ke dalam repertoar mereka.

Salah satu area pertumbuhan yang mencolok telah ada dalam marking otomatis plastik, katanya. Bengkel cetak injeksi satu "menarik mana-mana dari dua hingga empat bagian dari cetakan dan menyajikannya satu per satu ke laser inline untuk marking datamatrix." Sistem memverifikasi keterbacaan tanda sebelum bagian diambil, atau, jika tidak dapat dibaca, sistem mengaktifkan urutan untuk mengeksekusi tanda kedua.

Dan, selama tahun yang lalu, produsen gigi telah beralih ke sistem marking laser Dapra sebagai pengganti dot peen untuk memotong biaya "secara besar, dan mereka sangat senang dengan nilai produksi yang laser bawa ke meja."

Sementara marking dot peen lebih murah, itu membawa masalah pemegang bagian dan aus pin marking karbida dengan mengakibatkan degrada keterbacaan tanda. "Metode non-kontak marking laser benar-benar superior dan diterima dengan alasan yang baik: Anda tidak memiliki bagian yang aus, dan tanda Anda sangat dapat diulang dan andal."

Solusi Berbasis Data

Melacak semua data yang ditandai sama pentingnya dengan membuat tanda, dan transfer balik informasi kritis antara perangkat lunak dan perangkat marking adalah elemen kunci dalam desain sistem. Menciptakan dan mengamai rantai komunikasi dua arah itu adalah esensial untuk memungkinkan insinyur manufaktur dan mereka yang bertanggung jawab untuk mempertahankan produktivitas di lantai untuk melacak data yang relevan, tegas Dave Sweet, president Mecco, Cranberry Township, Pa.

Misalnya, dalam komponen penerbangan yang ditandai laser untuk Honeywell, "kami mendapatkan data variabel dari database sistem. Perangkat lunak enterprise mengirimkan informasi tersebut kepada kami, dan kami tidak hanya menandai bagian tetapi juga menggunakan sistem visi untuk memverifikasi bahwa informasi yang kami tandai pada bagian cocok dengan apa yang telah dikirimkan kepada kami." Sistem Mecco kemudian menghasilkan laporan yang disimpan untuk pemerintah mendaftarkan UDI tersebut.

Menurut studi kasus Mecco dari proyek Honeywell, sistem laser fiber SMARTmark 20 W "dicolokkan di mana saja menggunakan 120 VDC dan menempati setengah footprint YAG flatbed lama." Juga, pemberitahuan kualitas terkait marking dan pengembalian yang telah berbiaya $2.500 per insiden telah menurun secara signifikan.

Di dunia otomotif, Sweet mencatat, bagian terkait keselamatan dan bagian dengan jumlah dolar tertentu mendapatkan tanda identifier unik—semua dilacak ke nomor identifikasi kendaraan. Ini mencakup camshaft, crankshaft, blok, tempat transmisi dan bahkan konektor. Setelah menandai komponen tersebut dengan kode batang, hubungan "orang tua-anak" tersebut dicatat dalam database yang pada akhirnya mengaitkan semua informasi tersebut ke VIN.

Konektivitas sistem marking semakin meluas ke samping bekerja dengan robot kolaborasi, atau cobot. MECCO baru saja memasang sistem yang menggunakan cobot untuk mengambil bagian dari tray lalu memegangnya untuk di-scan oleh sistem visi. Sistem visi mengirim informasi ke penanda laser, lalu cobot membawa bagian ke laser untuk ditandai. Setelah satu sisi ditandai, cobot membawa bagian ke kamera untuk memverifikasi bahwa tanda akurat sebelum setiap sisi lain bagian ditandai.

"Kebutuhan akan traceability masih tumbuh," kata Sweet. "Pelanggan lebih mencari sistem berbasis solusi daripada sekadar laser dalam kotak," artinya pasar untuk pendekatan modular dan berbasis konfigurasi untuk memenuhi kebutuhan yang semakin spesifik untuk fleksibilitas manufaktur akan terus tumbuh.

Mecco umumnya mendasari sekitar 80 persen sistemnya pada empat ukuran enclosure dasar yang dapat ditambahkan rotary dial 6, 18, 24 atau 36 inci (152, 457, 610 atau 914 mm) yang terus mengalirkan bagian segar untuk ditandai. Setiap enclosure juga memiliki opsi X-Y table. Sisanya sekitar 20 persen sistem Mecco dapat dikustomisasi, termasuk dengan antarmuka pengguna grafis yang diringkas yang memungkinkan operator memuat dan memantau pekerjaan.

Misalnya, pelanggan manufaktur alat terbaru perlu menutup tray bagian 30 × 30 inci (762 × 762 mm), yang membutuhkan enclosure extra-large Mecco dan sistem gantry X-Y-Z. "Alih-alih mereka harus membeli beberapa laser, mereka dapat membeli satu laser, memuat sistem ini, menekan go, dan pergi."

Dalam kasus lain, perusahaan meter air menggunakan kombinasi marking dot peen dan laser dengan stasiun kerja rotary empat posisi. Rumah perunggu memiliki nomor seri yang ditandai dengan dot peen, dan laser menggandakan nomor seri tersebut pada tutup plastik hitam.

Desain sistem yang tepat jelas membayar, seperti dalam kasus pelanggan medis Mecco yang meningkat dari laser dioda lama ke sistem fiber dan melihat waktu siklus mesin turun dari 18 detik menjadi kurang dari 11 detik, dengan kualitas tanda yang lebih baik yang memungkinkan inspeksi visual yang lebih baik dengan scanner genggam.

Tambahkan fakta bahwa Sweet melihat lebih banyak bengkel kecil berinvestasi pada robot untuk menemani sistem mereka, dan jelas bahwa marking laser telah menjadi dan akan terus berkembang sebagai operasi industri yang kuat dan tak tergantikan.