Aluminium należy do materiałów trudniejszych do znakowania laserowego ze względu na swoje właściwości fizyczne. Charakteryzuje się wysokim współczynnikiem odbicia światła podczerwonego oraz doskonałym przewodnictwem cieplnym, przez co energia lasera łatwo się rozprasza poza miejscem uderzenia. W rezultacie laser nie pozostawia wystarczająco kontrastowego śladu. Zwłaszcza na surowym, nieobrobionym aluminium oznaczenia laserowe są zazwyczaj jasne lub białawe i trudniejsze do odczytania.
Laser co prawda mikroskopijnie chropowaci powierzchnię aluminium lub lekko ją topi, jednak nie powoduje wyraźnego zabarwienia, ponieważ tlenek aluminium jest przezroczysty. Zazwyczaj powstaje jasnoszary lub srebrzysty znak, który ma niski kontrast względem tła.
Aby zwiększyć kontrast, należy dostarczyć większą ilość energii na mniejszą powierzchnię: aluminium można znakować poprzez głębsze grawerowanie (tworząc zacieniony relief) lub zastosowanie specjalnych metod, które powodują lokalną karbonizację zanieczyszczeń w aluminium i lekkie przyciemnienie oznaczenia. W praktyce przy niepowlekanym aluminium zazwyczaj akceptuje się biały lub jasny znak, lub stosuje się obróbkę wstępną, np. anodowanie.
Z kolei aluminium anodowane bardzo dobrze nadaje się do znakowania laserowego. Laser usuwa warstwę anodową, która zwykle jest barwiona, odsłaniając jasną, metaliczną powierzchnię. Powstaje w ten sposób wyraźny kontrast: jasne, srebrzyste oznaczenie na ciemnym tle anodowym lub odwrotnie ciemny znak na jasnym anodowaniu, w zależności od koloru. Znakowanie anodowanego aluminium nie wymaga tak dużej mocy, ponieważ tlenek glinu (warstwa anodowa) lepiej absorbuje energię lasera niż czysty metal. W istocie chodzi o usunięcie warstwy powierzchniowej.
Odpowiedni typ lasera
Preferowanym wyborem do znakowania aluminium jest laser fibrowy. Pomimo wysokiej refleksyjności aluminium, laser fibrowy przy odpowiednich parametrach potrafi skierować na powierzchnię wystarczającą ilość energii, aby powstał widoczny ślad. Dotyczy to zarówno czystego, jak i anodowanego aluminium. Należy jednak pamiętać, że znakowanie surowego aluminium może mieć niższy kontrast. Często stosuje się głębsze grawerowanie, aby oznaczenie było czytelne dzięki cieniowi powstałego reliefu.
Laser CO₂ nie nadaje się do bezpośredniego znakowania gołego aluminium. Aluminium silnie odbija promieniowanie o długości fali 10,6 µm, przez co efekt jest minimalny. Wyjątkiem jest znakowanie przez warstwę powierzchniową. W przypadku anodowanego aluminium laser CO₂ bardzo skutecznie odparowuje warstwę tlenków i barwnika. W praktyce anodowane tabliczki lub elementy można znakować zarówno laserem fibrowym, jak i laserem CO₂ – oba potrafią usunąć anodową warstwę. Laser fibrowy może być bardziej precyzyjny przy drobnych detalach, natomiast laser CO₂ szybszy przy większych powierzchniach (np. logotypach), w zależności od zastosowanej optyki.
Zalecane parametry
Do znakowania surowego aluminium laserem fibrowym zaleca się zwiększenie mocy i zmniejszenie prędkości skanowania w porównaniu do standardowych wartości. Ma to na celu skompensowanie szybkiego odprowadzania ciepła – na jednostkę powierzchni należy dostarczyć więcej energii, w przeciwnym razie materiał nie zdąży się wystarczająco nagrzać i zmienić.. Z doświadczenia wynika, że w przypadku jasnego aluminium najlepiej zastosować maksymalną moc lasera (np. 100% mocy źródła 30 W) oraz niską prędkość (np. 100–200 mm/s), ewentualnie kilka przejść.
Częstotliwość impulsów wybiera się średnią (dziesiątki kHz); zbyt wysoka częstotliwość niepotrzebnie nagrzewałaby otoczenie, a zbyt niska mogłaby powodować chropowatą powierzchnię. W przypadku anodowanego aluminium parametry nie są tak krytyczne. Do usunięcia warstwy wystarczy średnia moc i średnia prędkość, typowo np. 50% mocy lasera 20 W, prędkość ~300–500 mm/s, częstotliwość ~30–50 kHz, jeden przebieg. Laser CO₂ do usuwania anodowanej warstwy pracuje raczej w trybie ciągłym lub przy wysokiej częstotliwości.
Istnieją zaawansowane techniki z użyciem laserów MOPA, które pozwalają uzyskać ciemnoszary do czarnego znak na polerowanym aluminium (dzięki zastosowaniu bardzo krótkich impulsów i wysokich częstotliwości, które utleniają powierzchnię bez jej stopienia). Metody te wymagają jednak precyzyjnego ustawienia parametrów i wolniejszego procesu.
Laser fibrowy vs CO₂ w znakowaniu aluminium
Laser fibrowy umożliwia znakowanie elementów aluminiowych bez potrzeby stosowania jakichkolwiek dodatków czy powłok, co stanowi przewagę nad np. trawieniem elektrolitycznym lub drukiem. Znakowanie jest natychmiast suche, trwałe i odporne. W przypadku anodowanych elementów laser zastępuje grawerowanie mechaniczne lub mikrouderzenia, oferując większą szybkość i elastyczność (możliwość znakowania zmiennych danych, kodów QR itp.).
Minusem jest trudność w uzyskaniu naprawdę ciemnego kontrastu na surowym aluminium. Laser CO₂ ma przewagę przy powierzchniach anodowanych: pozwala szybko usunąć warstwę bez kontaktu i bez zużycia szablonów (jak w przypadku sitodruku). Wadą lasera CO₂ jest to, że nie znakuje bezpośrednio metalu. W przypadku nieanodowanego aluminium jest praktycznie bezużyteczny bez specjalnych środków.