Srebro i jego stopy, takie jak Ag 925 czy argentan, należą do materiałów o najtrudniejszej obrabialności laserowej. Głównymi wyzwaniami są wysoka refleksyjność oraz przewodność cieplna.
Przy długości fali srebro odbija około 85–95% padającego światła, przez co standardowe lasery fibrowe mają niską absorpcję. Do znakowania konieczne jest więc ustawienie wysokiej mocy szczytowej w krótkich impulsach oraz niskiej prędkości skanowania, aby energia została skoncentrowana lokalnie.
Jednocześnie srebro bardzo szybko odprowadza ciepło w głąb materiału, co zwiększa ryzyko rozlania stopiwa i obniża kontrast znakowania. Ze względu na niską twardość srebra zaleca się pracę z niewielką głębokością znakowania, zazwyczaj poniżej , aby nie dochodziło do deformacji powierzchni.
Kolejną specyficzną cechą jest naturalne tworzenie się siarczków i tlenków srebra, co może obniżać czytelność znakowania. Zjawisko to można jednak celowo wykorzystać i poprzez odpowiednie ustawienie energii impulsu wytworzyć cienką, ciemną warstwę lub , uzyskując kontrastowe znakowanie bez znacznego ubytku materiału.
Zachowanie srebra podczas znakowania laserowego różni się w zależności od rodzaju stopu. Srebro sterling zawierające miedź ma nieco wyższą absorpcję niż czyste srebro, dlatego wystarczy zastosować energię niższą o 5–10%. Istnieje jednak ryzyko lokalnego utleniania miedzi, które może objawiać się brązowawym zabarwieniem znakowania. Stopy typu argentan (Cu–Ni–Zn) znakuje się laserowo łatwiej, ponieważ optycznie i termicznie zachowują się one bardziej jak mosiądz niż jak czyste srebro.
Ważne jest odpowiednie przygotowanie powierzchni. Aby uzyskać stabilny kontrast i jednorodny efekt znakowania, zaleca się chemiczne lub mechaniczne usunięcie siarczków oraz zanieczyszczeń organicznych.
Metody znakowania laserowego
Do znakowania srebra wykorzystuje się impulsowe procesy laserowe, zwłaszcza nanosekundowe Q-switched lub MOPA, które minimalizują deformację termiczną metalu. Do głównych metod znakowania srebra należą:
- Wyżarzanie laserowe: Laser, zazwyczaj zielony lub UV, lokalnie nagrzewa powierzchnię do około bez odparowania materiału. Powstała cienka, czarna warstwa tlenku srebra tworzy gładkie i wysoce kontrastowe oznaczenie, które dodatkowo chroni to miejsce przed dalszym ciemnieniem.
- Grawerowanie laserowe: Wysoka moc lasera odparowuje materiał powyżej temperatury topnienia (961 °C) i tworzy fizyczne wgłębienie (ok. 0,005–0,01 mm). Metoda ta jest wolniejsza i bardziej inwazyjna, ale tworzy wyczuwalny w dotyku relief z minimalną strefą wpływu ciepła. Jest idealna do głębokiego grawerowania biżuterii.
- Matowanie laserowe: Laser o wysokiej częstotliwości impulsów (>300 kHz) tworzy mikroskopijne nanostruktury, które rozpraszają światło. Efektem jest matowy, przypominający „piaskowanie” lub mleczny wygląd bez zmiany koloru. Obróbka ta pełni funkcję dekoracyjną, a dzięki zmienionej strukturze powierzchni spowalnia naturalne utlenianie srebra nawet o 50% (według testów z użyciem sztucznego potu 3% NaCl).
Odpowiedni typ lasera
Wybór lasera do srebra zależy od wymaganej głębokości znakowania oraz wrażliwości znakowanego przedmiotu na ciepło:
- Lasery zielone (532 nm) stanowią preferowany wybór do precyzyjnego znakowania biżuterii z metali szlachetnych. Srebro absorbuje ich długość fali znacznie lepiej niż promieniowanie podczerwone (ok. 45–55%), co umożliwia czyste i kontrastowe znakowanie nawet przy niższej mocy. Laser zielony ma bardzo małą plamkę i znakuje poprzez nagrzewanie bez głębokiego odparowania. Jest idealny do biżuterii i cienkich styków. Wadą jest znacznie wyższa cena, niższa prędkość przy dużych powierzchniach oraz mniejsza odporność w warunkach przemysłowych.
- Lasery fibrowe (1064 nm) są lepszym wyborem w przemyśle. Umożliwiają głębokie grawerowanie (> 0,01 mm) oraz szybką produkcję. Wymagają jednak wysokiej mocy i precyzyjnego ogniskowania, w przeciwnym razie istnieje ryzyko przegrzania detalu lub uszkodzenia lasera przez odbicie wsteczne. Technologia MOPA (regulowany czas trwania impulsu) pomaga tu uzyskać lepszy kontrast przy niższym obciążeniu cieplnym.
- Lasery ultrafioletowe (355 nm) umożliwiają tzw. „zimne znakowanie”. Dzięki wysokiej energii fotonów dochodzi do reakcji fotochemicznej zamiast topnienia termicznego. Są doskonałe do mikroznakowania i elementów ekstremalnie wrażliwych na ciepło, takich jak mikroelektronika. Lasery UV są jednak najdroższe i mają najniższą moc.
Pozostałe typy laserów
- Niebieskie lasery diodowe (450 nm) oferują w przypadku srebra wysoką stabilność procesu dzięki doskonałej absorpcji wiązki, jednak w dziedzinie precyzyjnego mikroznakowania wciąż ustępują systemom zielonym i UV, które dysponują znacznie mniejszą średnicą ogniska oraz dużo wyższą jakością wiązki.
- Lasery CO₂ (10,6 μm) są nieodpowiednie do bezpośredniego znakowania czystego srebra, ponieważ refleksyjność tego metalu dla danej długości fali sięga nawet 99%. Niemal cała energia wiązki odbija się od powierzchni, co uniemożliwia efektywną absorpcję niezbędną do utworzenia oznaczenia.
Zalecane parametry
Przy znakowaniu srebra, ze względu na jego wysoką przewodność cieplną i refleksyjność, stosuje się strategię wysokiej gęstości energii skoncentrowanej w bardzo krótkim czasie. Typowe nastawy lasera fibrowego lub zielonego dla stopów srebra (Ag925) mogą wyglądać następująco:
- Moc: Do powierzchniowego znakowania kontrastowego srebra wystarcza moc 15–25 W. Głębokie grawerowanie lub praca na czystym srebrze (Ag999) wymaga 30–50 W, w przypadku laserów zielonych (532 nm) wartości te są niższe o 40–50% dzięki wyższej absorpcji. Srebro sterling (Ag925) wymaga mocy o 5–10% niższej niż czysty metal, aby zapobiec utlenianiu miedzi i brązowawemu zabarwieniu znakowania.
- Prędkość skanowania: Do jasnego znakowania i matowania (frosting) wybiera się prędkości 800–1200 mm/s. Przy głębokim grawerowaniu pracuje się znacznie wolniej (150–300 mm/s), aby laser pokonał wysoką przewodność cieplną materiału i zdążył usuwać warstwy metalu.
- Częstotliwość impulsów: Częstotliwość impulsów: Przy znakowaniu srebra wykorzystuje się średnie do wysokich częstotliwości. Do standardowego opisu kontrastowego wybiera się 30–60 kHz, natomiast do delikatnego matowania powierzchni (frosting) stosuje się wysokie częstotliwości powyżej 300 kHz, które tworzą gęstą mikrostrukturę rozpraszającą światło.
- Czas trwania impulsu: W laserach MOPA warto ustawić bardzo krótkie impulsy w zakresie 10–40 ns. Krótki impuls zapewnia natychmiastowe osiągnięcie punktu parowania, co minimalizuje strefę wpływu ciepła (HAZ) i zapobiega niepożądanemu topieniu krawędzi znakowania.
- Liczba przejść: Liczba przejść: Do wytworzenia kontrastowego, utlenionego opisu zazwyczaj wystarczają 1–2 przejścia. Głębokie grawerowanie biżuterii wymaga skanowania wielocyklowego (5–10 i więcej przejść) z okresowym czyszczeniem powierzchni między cyklami, aby odparowany materiał nie utrudniał dalszej penetracji wiązki.
- Liniowanie i ogniskowanie: Przy znakowaniu srebra stosuje się bardzo gęste nakładanie linii (0,01–0,03 mm) aby uzyskać gładką i równomierną powierzchnię znakowania. Ze względu na wysoką refleksyjność kluczowa jest dokładność autofokusa (ideálně ±0,05 mm). Nawet niewielkie odchylenie w osi Z prowadzi do natychmiastowego odbicia większości energii.