Laserowe znakowanie skóry stosuje się do dekoracji oraz trwałego znakowania wyrobów skórzanych (akcesoria modowe, obuwie, tapicerka meblowa, tapicerka samochodowa itp.). Dzięki działaniu skoncentrowanego ciepła na powierzchni skóry powstają ciemne lub delikatnie wypalone znaki, które są odporne na ścieranie i starzenie materiału.
Poniżej przedstawiono odpowiednie typy skór do znakowania laserowego, podstawowe procesy znakowania, zalecany typ lasera oraz typowe parametry stosowane w praktyce przemysłowej.
Które typy skór można znakować laserem
Laser można stosować praktycznie do wszystkich powszechnie używanych materiałów skórzanych, jednak każdy rodzaj skóry reaguje w inny sposób. Laserem można znakować zarówno skóry naturalne, jak i skóry modyfikowane oraz syntetyczne.
- Skóry naturalne (full-grain, top-grain oraz skóry korygowane): Tego typu skóry na ogół bardzo dobrze reagują na działanie lasera i ulegają wyraźnemu przyciemnieniu, tworząc efekt patyny. Przykładowo na skórze full-grain z minimalną obróbką powierzchniową laser tworzy ostre i ciemne znaki o wysokiej jakości. Także skóry niższej jakości, na przykład tzw. bonded leather wytwarzana z resztek skór, mogą być znakowane laserowo, jednak wymagają starannego doboru parametrów procesu.
- Zamsz, nubuk i skóry szlifowane: Delikatna struktura zamszu i nubuku jest podatna na przypalenie, dlatego wymagają one niższej mocy i większej prędkości znakowania, aby uniknąć nadmiernego spalania włókien.
- Skóry z powłoką powierzchniową: Jeżeli skóra posiada warstwę farby lub lakieru, laser oddziałuje przede wszystkim z tą warstwą wierzchnią, którą może karbonizować lub odparować. Przy silnie pigmentowanych powierzchniach uzyskane oznaczenie może być mało kontrastowe. Z tego względu do uzyskania wyraźnego efektu zaleca się skóry jasne lub minimalnie modyfikowane, w których laser karbonizuje składniki celulozowe i kolagenowe do ciemnego odcienia.
- Skóry syntetyczne (eko-skóra, skaj, PU/PVC): Materiały sztuczne na bazie polimerów reagują inaczej niż skóra organiczna. Znakowanie skór syntetycznych wymaga bardzo precyzyjnego ustawienia mocy oraz zapewnienia odpowiedniego przepływu powietrza, aby nie doszło do uszkodzenia materiału. Również na skórach syntetycznych można uzyskać czytelne znakowanie laserowe. Laser może powierzchnię lekko przypalić lub spienić. Przykładowo tłoczona skóra PU podczas znakowania laserem często reaguje karbonizacją pigmentu. Powierzchnia może się topić lub uwalniać toksyczne opary, dlatego kluczowe jest skuteczne odciąganie dymów i gazów.
Metody laserowego znakowania skóry
Podczas laserowego znakowania skór stosuje się dwa podstawowe tryby: karbonizację powierzchni oraz grawerowanie wgłębne. Przy niższej mocy wiązka laserowa oddziałuje jedynie na warstwę powierzchniową skóry, materiał nagrzewa się i ciemnieje. W ten sposób powstaje kontrastowe, ciemne oznaczenie na jaśniejszym tle. Przy zastosowaniu wyższej energii lub wolniejszego ruchu lasera następuje częściowe odparowanie materiału skórzanego, w wyniku czego w miejscu znakowania tworzy się niewielkie zagłębienie z zwęglonymi krawędziami. Tryb ten nadaje się do efektów dekoracyjnych, jednak w przypadku cienkich elementów skórzanych istnieje ryzyko przepalenia na wylot.
W przypadku skór polerowanych lub barwionych często stosuje się ablacyjne usuwanie wierzchniej warstwy lakieru lub pigmentu. Dzięki temu odsłania się kontrastowy odcień warstwy podkładowej bez głębokiego przypalania samego materiału. Powstaje wówczas jasny znak na ciemniejszym tle lub odwrotnie. Przy odpowiednio dobranych parametrach można uzyskać bardzo precyzyjne usunięcie koloru, podobnie jak w przypadku specjalnych papierów, co nadaje skórze elegancki efekt.
Ogólnie można stwierdzić, że skóry niebarwione lub tylko lekko obrabiane umożliwiają intensywną karbonizację z wyraźnym, ciemnym zabarwieniem. Natomiast w przypadku skór z wyraźną powłoką powierzchniową działanie wiązki laserowej jest ograniczone przez pigment i proces musi być prowadzony raczej w trybie opalania lub kontrolowanego odparowania warstw wierzchnich.
Odpowiedni typ lasera
Do znakowania skóry najlepiej nadają się lasery CO₂ o długości fali 10,6 μm, która jest bardzo dobrze pochłaniana przez materiały organiczne. Lasery CO₂ oferują moce rzędu kilkudziesięciu watów i więcej, a dzięki głowicy galwanometrycznej umożliwiają znakowanie z bardzo dużą prędkością. Ich zaletą jest płynna regulacja mocy oraz szybkie skanowanie, co pozwala uzyskać wysoki kontrast i precyzyjne oznaczenia nawet w produkcji wielkoseryjnej.
Lasery diodowe i fibrowe są stosowane do skóry jedynie sporadycznie, ponieważ materiały organiczne słabo absorbują energię przy tych długościach fali. W efekcie biała lub jasna skóra może pozostać nieoznaczona albo jedynie lekko zbrązowieć. Lasery fibrowe mogą jednak okazać się skuteczne w przypadku ciemniejszych i pigmentowanych skór, gdzie energia jest absorbowana przez czarny barwnik, co umożliwia na przykład odparowanie ciemnej warstwy lakieru powierzchniowego, podobnie jak w przypadku papieru. Wyższa moc szczytowa lasera fibrowego zwiększa jednak ryzyko przepalenia materiału. Z tego powodu lasery fibrowe stosuje się raczej do drobnych detali lub w aplikacjach, gdzie znakowany jest jednocześnie mix elementów metalowych i niemetalowych.
Lasery ultrafioletowe (UV) umożliwiają co prawda uzyskanie bardzo wysokiej rozdzielczości, jednak ich niska moc i wysoka cena ograniczają zastosowanie do specjalnych, bardzo precyzyjnych i miniaturowych aplikacji. Dla większości zastosowań przemysłowych standardowym i najbardziej efektywnym rozwiązaniem przy znakowaniu skóry pozostaje więc laser CO₂.
Zalecane parametry znakowania
Moc i prędkość lasera należy dobierać tak, aby skóra była jedynie powierzchniowo karbonizowana, a nie przepalana. Kilka ogólnych zaleceń:
- Moc lasera: Typowe lasery CO₂ pracują w zakresie kilkudziesięciu watów. W większości zastosowań wystarczają źródła o mocy około 20–50 W; przy grawerowaniu grubych skór lub w produkcji wysokiej prędkości można użyć mocy do 180 W.
- Prędkość znakowania: Przy znakowaniu skóry zwykle stosuje się wysokie prędkości skanowania rzędu setek do kilku tysięcy mm/s. Zapobiega to nadmiernemu nagrzaniu i przepaleniu materiału. Dla orientacji, np. laser CO₂ o mocy 75 W wystarczy ustawić pełną prędkość przesuwu przy 12 % mocy. Natomiast obniżenie prędkości (rzędu setek mm/s) pozwala uzyskać ciemniejsze i głębsze oznaczenia, ale zwiększa ryzyko przepalenia.
- Liczba przejść: Zazwyczaj wystarcza jedno przejście wiązki. Przy jednym przejściu można uzyskać wystarczający kontrast karbonizacją. Więcej przejść zwiększa ryzyko przypalenia krawędzi i deformacji; stosuje się je zwykle tylko wtedy, gdy potrzebny jest bardzo ciemny efekt, np. najpierw odparowanie lakieru, następnie lekkie karbonizowanie skóry drugim przejściem. W praktyce lepiej jest dostosować parametry pojedynczego przejścia (niższa prędkość, nieco wyższa moc) niż powtarzać wiele przejść.
- Częstotliwość impulsów (w pulsywnych laserach CO₂): Częściej pracuje się z typowymi impulsami w dziesiątkach kHz (np. 20–40 kHz) lub w trybie ciągłym. Wyższa częstotliwość daje gładsze opalenie, natomiast niższe impulsy (więcej energii na impuls) mogą powodować bardziej wyraźną karbonizację i drobne pofalowanie powierzchni. Wybór częstotliwości zależy od konkretnej konfiguracji lasera.
- Ostrość wiązki: Laser zwykle ogniskuje się bezpośrednio na powierzchni skóry, aby znak był ostry. Czasem celowo stosuje się lekkie odogniskowanie. Rozproszona wiązka ma szerszy rozrzut i niższą gęstość energii, co pozwala równomierniej opalić powierzchnię bez cięcia w głąb. Technikę tę można stosować do mocniejszego, równomiernego, ciemnego znakowania, gdy nie chcemy głębokiego cięcia. Odogniskowanie zawsze jednak obniża rozdzielczość krawędzi, więc dla drobnych detali lepsze jest precyzyjne ogniskowanie.