El grabado láser permite el costo

Roberto Boyes | 07 de mayo de 2020

Crestron Electronics Inc. utiliza marcas de día y noche para colocar caracteres y gráficos en los botones de plástico de los controles remotos y teclados portátiles que se utilizan con sus diversos equipos personalizados de automatización y visualización para entornos comerciales, educativos y domésticos. A medida que sus productos se volvían más sofisticados, la empresa necesitaba una forma de pasar de simples marcas alfanuméricas a producir leyendas con gráficos, logotipos, etc. Debido a los tamaños de lote pequeños, a menudo solo una o dos unidades, el sistema de marcado debía ser flexible y permitir que las marcas personalizadas se definieran y produjeran rápidamente. Este artículo analiza cómo un sistema de marcado y grabado láser de Coherent permitió a Crestron Electronics implementar un marcado diurno y nocturno rentable de teclados de plástico en pequeñas cantidades.

El marcado de día y noche permite que las leyendas se vean fácilmente, haciéndolas claramente legibles en botones y controles de plástico bajo condiciones de iluminación muy variadas. La técnica se usa ampliamente en aplicaciones automotrices y aeroespaciales para hacer que varios botones interiores (cerraduras de puertas, controles de ventanas, ajustes de asientos, ajustes del sistema de sonido y controles de clima) sean claramente visibles en condiciones de iluminación ambiental que varían desde luz solar intensa (día) hasta poca luz. (noche). También se usa con frecuencia en teclados de computadora. La Figura 1 muestra un ejemplo típico de marcado de día y noche en el interior de un automóvil.

Para lograr el efecto de día y noche, primero se pinta un botón de plástico transparente con una capa de pintura oscura semitransparente. Luego, se superpone una segunda capa de pintura opaca en un color contrastante (claro). Luego, la capa superior de pintura se elimina selectivamente para crear la leyenda del botón deseado (patrón de marca) al revelar la capa más oscura debajo. Cuando se ilumina externamente, la marca aparece oscura contra un fondo claro. Por lo general, una fuente de luz LED colocada debajo del botón lo ilumina desde adentro cuando el nivel de iluminación ambiental es bajo. Esta luz atraviesa la pintura oscura semitransparente, pero la tapa la capa de pintura opaca. Esto hace que la marca parezca clara sobre un fondo oscuro. El contraste exactamente opuesto (una marca clara en un botón oscuro) se puede lograr haciendo la primera capa de pintura clara semitransparente y superponiéndola con una capa opaca de pintura más oscura.

Figura 2. El marcado de día y noche se logra colocando dos capas de pintura contrastante en un botón de plástico. La eliminación selectiva de solo la capa exterior de pintura opaca crea la marca. Esto hace que la marca sea visible en condiciones de iluminación delantera (día) y trasera (noche).

Crestron Electronics produce sistemas de automatización personalizados para aplicaciones comerciales y de consumo. Los usos típicos son controles para iluminación, persianas, audio, seguridad, teleconferencias y pantallas. Con frecuencia, estos sistemas se controlan mediante teclados montados en la pared o controles remotos portátiles. Crestron Electronics emplea ampliamente el marcado de día y noche para producir leyendas de botones para estos productos, como se muestra en la Figura 3.

En términos de fabricación, los imperativos clave para Crestron Electronics son la capacidad de producir marcas muy legibles que presenten una apariencia de "calidad" congruente con su imagen de marca de gama alta. Además, la empresa necesita cada vez más crear marcas que involucren logotipos y gráficos relativamente complejos, en lugar de solo caracteres alfanuméricos tradicionales. Dado que estas marcas suelen ser físicamente pequeñas, el sistema de marcado debe poder ofrecer una alta resolución espacial y bordes nítidos y bien definidos.

El desafío para Crestron Electronics es que fabrica productos personalizados en pequeñas cantidades, a menudo solo una o dos unidades, compradas por personas, empresas o instituciones en lugar de productos de consumo fabricados en grandes cantidades. Por lo tanto, el proceso de marcado debe configurarse fácilmente para producir una marca personalizada con un tiempo de configuración mínimo y una baja complejidad de carga y descarga de piezas dentro de los dispositivos de herramientas. Además, Crestron Electronics ha permitido a sus distribuidores y usuarios finales crear su propio diseño de marca, que se transmite automáticamente a las instalaciones de fabricación. Los atributos de diseño de las ilustraciones de las marcas personalizadas siempre son benignos para la salida del parámetro láser. Esto proporciona una flexibilidad total y completa de los elementos de diseño gráfico para el usuario final.

Dos métodos establecidos para el marcado diurno y nocturno son el moldeo por inyección de dos partes y el grabado rotatorio. Debido a los tamaños de lote pequeños, los métodos de producción en volumen, como el moldeo por inyección de dos partes, no son rentables para Crestron Electronics. En esta técnica, dos plásticos diferentes de colores contrastantes se introducen secuencialmente en un molde, para crear una pieza final en capas. Este proceso requiere herramientas costosas y no funciona bien para producir marcas de alta resolución en botones pequeños.

Tradicionalmente, la alternativa al moldeado para lotes cortos ha sido el grabado rotatorio con una herramienta de corte de acero, que elimina selectivamente la capa superior de pintura. Los inconvenientes de este método son una velocidad lenta y una profundidad de corte finita no controlada para producir gráficos complejos. Además, las herramientas de corte se desgastan y deben afilarse periódicamente, lo que significa tiempo de inactividad y costos de consumibles.

El grabado láser se ha convertido en los últimos 20 años en el método preferido para la producción rápida de marcas diurnas y nocturnas personalizadas porque ofrece una combinación inigualable de velocidad, flexibilidad operativa y calidad de marca. En un sistema de grabado láser para el marcado diurno y nocturno, las piezas generalmente se colocan en un recinto (para garantizar la seguridad del operador) y un rayo láser se escanea sobre la superficie bajo el control de una computadora para eliminar la cantidad necesaria de material en el patrón deseado. .

Una de las principales ventajas del procesamiento láser es que puede eliminar material con mucha precisión a la profundidad deseada. En otras palabras, puede eliminar la capa superior de pintura de la pieza sin eliminar prácticamente nada de la capa de pintura subyacente. También ofrece una alta precisión dimensional en la propia marca. El resultado es una calidad excelente y una gran uniformidad entre piezas en términos de apariencia de las marcas.

Crestron Electronics utiliza el sistema de marcado láser Coherent LME-RM en su producción. Este es un sistema llave en mano que puede equiparse con una variedad de diferentes fuentes láser para marcar todo tipo de materiales, incluidos metales, cerámica y plásticos. Está disponible con opciones, como un sistema de visión integrado para posicionamiento de piezas y control de calidad de marcado, así como varias capacidades de automatización y manejo de piezas.

Para el marcado de plásticos, la fuente suele ser un láser de estado sólido (vanadato), ya que estos proporcionan una duración de pulso corta que generalmente produce el cambio de color o contraste más pronunciado en el plástico sin ningún daño térmico al material. Estos láseres emiten en el infrarrojo, pero su salida también se puede convertir en luz verde o ultravioleta (UV). La opción de salida UV es una opción común para marcar polímeros que se usan a menudo en implantes médicos. Esta misma ventaja (área mínima afectada por el calor) hace que el láser de estado sólido sea la mejor opción para el marcado diurno y nocturno, aunque en realidad es un proceso de ablación, en lugar de uno en el que se induce un cambio de color o textura en el material a granel, como con espuma.

En la práctica, la producción de una marca diurna y nocturna generalmente implica realizar varias pasadas con el láser, en las que cada pasada sombrea la forma de la marca y elimina una pequeña cantidad de material (el espesor total de la capa de pintura suele ser de 0,0025 pulgadas). Incluso puede haber pases de "limpieza" al final del proceso para pulir la capa subyacente que se ha revelado para que tenga la textura y apariencia suaves deseadas.

La receta exacta del proceso (número de pasadas, potencia del láser, tasa de repetición del pulso del láser) varía según los materiales que se están eliminando y el grosor de la capa. Para acelerar el desarrollo de nuevas recetas de procesos, el marcado láser Coherent LME-RM puede ejecutar automáticamente varios conjuntos diferentes de parámetros láser para permitir una identificación rápida de la configuración óptima. Específicamente, el sistema producirá automáticamente una cuadrícula de marcas, donde la potencia del láser varía entre cada columna y la tasa de repetición del láser varía entre cada fila, de modo que se explora una gran cantidad de combinaciones únicas. Luego, el operador examina la cuadrícula de marcas y selecciona las configuraciones que produjeron los mejores resultados. Además, los ingenieros de desarrollo de aplicaciones de Coherent tienen una gran base de datos de recetas de procesos existentes que pueden proporcionar a los usuarios para proporcionar un buen punto de partida para este tipo de optimización.

"La calidad de las marcas es nuestra mayor prioridad", señala Keith James, director de operaciones de fabricación y cadena de suministro estratégica de Crestron Electronics. "Queríamos ofrecer a los clientes la opción de marcar imágenes de mapa de bits en nuestros productos de interfaz de usuario, pero primero tuvimos que superar un obstáculo para conservar el mismo alto nivel de claridad que logramos con el texto al marcar un mapa de bits. Reducir la resolución no era una compensación aceptable para nosotros. Una forma en que el sistema Coherent resuelve este problema es haciendo un contorno alrededor de la imagen de mapa de bits después de que haya sombreado el relleno de la marca. Eso elimina cualquier alias o bordes irregulares en la marca y ofrece un borde nítido de manera consistente.

"El software Coherent Visual LaserMarker (VLM) también facilita todo el proceso de producción de marcas personalizadas", agrega James. "Usándolo, nuestros distribuidores pueden mostrar un diseño de teclado en la pantalla de su computadora, definir cualquier símbolo o nomenclatura que soliciten sus clientes, y luego simplemente enviar todo eso por correo electrónico a nuestra planta de procesamiento de pedidos de producción. Nuestro personal de producción interno puede producir esa marca por parte, y el software VLM maneja todas las tareas en segundo plano necesarias para que eso suceda casi sin intervención del operador.Es un entorno extremadamente fácil de usar, que un operador puede aprender a usar en minutos, por lo que nuestra productividad es muy alta.

"Otra razón por la que elegimos Coherent es que el marcador se puede configurar con casi cualquier tipo de láser: fibra, estado sólido, pulso ultracorto, etc.", concluye Keith. "No somos expertos en láser y la amplitud de esta tecnología nos da la confianza de que hemos configurado el mejor sistema láser para nuestras necesidades, en lugar de tratar de definir nuestra aplicación y combinarla con una tecnología oscura de montaje en rack y apilamiento que alguien más podría usar". vender."

Resumen

Se sabe que el marcado con láser pulsado ofrece una excelente resolución espacial y contraste, lo que lo hace ideal para producir caracteres alfanuméricos y logotipos/gráficos. El marcado diurno y nocturno destaca otra ventaja del marcado láser pulsado de precisión, a saber, el control preciso de la profundidad. Esto permite la eliminación espacialmente selectiva de una capa completa de material sin efecto sobre el sustrato subyacente.

Sobre el Autor

Robert Boyes es gerente de desarrollo de mercado en Coherent Inc.

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