Содержание
Из истории маркировки
Сфера применения маркировки
Способы нанесения информации на металл
Ударно-точечная маркировка
Фрезерная маркировка
Электрохимическая маркировка
Электроискровая маркировка
Каплеструйная маркировка
Шелкография
Металлофото
Ультрафиолетовая печать
Лазерная маркировка
Из истории маркировки
На протяжении последнего 100-летия основным средством защиты от подделок в области маркировки является металлографическая печать. Суть данного метода состоит в создании металлографического оттиска на печатных носителях.
Первое применение металлографической печати было датировано серединой 15-го века в Нидерландах. Именно тогда этот метод маркировки зародился, придя на смену устаревшему способу печати с помощью деревянных брусков с литерами.
В те времена изначально создавался набор пресс-форм из меди или медных сплавов. На каждой заготовке делалась гравировка в виде одной буквы алфавита. Затем на глиняной основе выдавливался шрифт с помощью пресс-формы. Получившееся в глиняной матрице углубление заливалось свинцом. Когда горячий металл застывал, его можно было освободить от глины и использовать в качестве металлической буквы, они имели несомненные Преимущества перед устаревшими деревянными. С помощью одной пресс-формы можно было изготовить большое количество одинаковых букв. Причем заданный стандарт заготовки делал полученные литеры близкими по размеру и форме, что предшествовало появлению стандарта шрифта. Сформовать из глины матрицу было легко, также, как и осуществить последующую заливку матрицы свинцом. По прочности получаемая азбука была многократно прочнее и износоустойчивее деревянных букв.
Выдавливание в глиняной матрице каждого символа и иероглифа требовало необходимой аккуратности. Нужно было прилагать одинаковые старания, чтобы добиться идентичности размера одной буквы на другую. В те древние времена автоматизация и роботизация были недоступны, поэтому всё делалось вручную, а, следовательно, и рассчитать силу давления было практически невозможно. Поэтому однообразия при получении алфавита добиться не получалось, одни символы были длиннее или шире других, что являлось одним из основных недостатков первых металлических шрифтов.
Сфера применения маркировки
В нашу повседневную жизнь уже неотъемлемо вошли всевозможные маркировки на металле, дереве, пластиках, пищевых и не непищевых тарах, тканях и бумаге. По частоте распространённости и востребованности, надписи по металлу можно встретить гораздо чаще остальных, это могут быть и маркировки на двери кабинетов, коробках парфюма, рекламных и информационных табличках, а также в следующих отраслях народного хозяйства:
- Производство техники, косметики и парфюмерии в качестве элементов конструкции и информационных табличек. Металлические шильдики или бирочки содержащие данные о товаре.
- Рекламная индустрия (наружная реклама).
- Бизнес-сегмент. Металлические бейджи более устойчивы к истиранию, чем заламинированные бумажные.
- Изготовление наградной продукции. Грамоты, дипломы, сертификаты, свидетельства переносят на металл и оформляют в рамку — это станет не только подтверждением высоких достижений, но и украшением любого места.
- Дизайн интерьеров. Декораторы успешно используют металлические элементы оформления интерьеров кафе, ресторанов, кухонь, гостиных. На листах отпечатывают фотографии или тематические изображения, соответствующие общей концепции.
- Мебельное ремесло. Листы металла с нанесенными изображениями делают оригинальнее и богаче предметы: мебели, двери, фасады гарнитуров, корпусы осветительных приборов.
- Декорирование металлических предметов: шкатулок, линеек, значков, флэшек, брелоков.
Твёрдая фактура и устойчивость рисунка к внешним климатическим факторам гарантирует не потерять потребительский вид спустя годы. А еще металл всегда выглядит презентабельно, солидно.
Способы нанесения информации на металл
Маркировка металла зависит от его типа, способа производства, условий эксплуатации, этапа и уровня производства. Например, на этапе макетирования или опытно-конструкторских работ проще нацарапать или нарисовать номер краской на изделии вручную. Этот способ также популярен и тогда, когда для предприятия не принципиален эстетический вид изделия. Но если важен дизайн или производство серийное, то предпочтение разумно отдать лазерной маркировке. Рассмотрим каждый из способов маркировки подробнее ниже.
1. Ударно-точечная маркировка
Ударно-точечным или иглоударным маркированием называется процесс нанесения логотипов или рисунков посредством специального ударного маркиратора (рис. 1). Это устройство представляет собой механическое устройство, оснащенное подвижной головкой с инструментом точечного действия на металл.
Ударно-точечная маркировка металлических изделий проводится следующим образом:
- Используется специальный инструмент — маркиратор, в котором происходит скоростной удар. Под воздействием ударного механизма боёк бьёт по материалу.
- Боек имеет рабочую поверхность с объемным изображением — фигуры, цифры, буквы, знаки.
- После удара бойка по материалу, форма с рабочей поверхности бойка переносится на маркируемую поверхность, оставляя отпечаток (оттиск). Глубина отпечатка регулируется усилием удара бойка. С одной стороны, маркируемой поверхности, образуется вогнутость, а с другой – выпуклость.
Рис. 1. Ударно-точечная маркировка
Ударно-точечная маркировка выполняется на изделиях из мягких металлов (латунь, алюминий, арматура, бронза, низкоуглеродистые стали и т.п.).
Наряду с моделями стационарного типа используются устройства маркировки переносного варианта (рис. 2). Благодаря мобильности инструмент позволяет наносить маркировку вручную на изделия больших габаритов, которые проблематично установить на станок. Предприятиям с мелко- или среднесерийным масштабом производства нет необходимости приобретать дорогостоящее оборудование. Для небольших партий деталей целесообразнее купить модель для клеймения металла стационарного варианта.
a)
б)
Рис. 2. Стационарный и портативный ударно-точечные маркираторы:
а) портативный (переносной) ударно-точечный маркиратор MNSB-53.
б) стационарный ударно-точечный маркиратор МСП-5050;
портативный (переносной) ударно-точечный маркиратор MNSB-53.
Ручную маркировку, для непромышленного производства, допускается наносить также виброкарандашом с твердосплавной иглой – это непрофессиональный (бытовой) вариант портативного аппарата для нанесения ударно-точечной маркировки (рис. 3).
Рис. 3. Виброкарандаш
Его применение рационально как индивидуальный инструмент для гравировки металлических деталей при единичном, мелкосерийном и среднесерийном производстве.
Преимущества
- высокая производительность процесса, применима для различных металлов и сплавов.
- получается четкая и контрастная маркировка.
- оборудование простое, надежное и износостойкое.
- возможна работа по горячей поверхности.
- можно быстро получить глубину маркировки до 1-2 мм.
- возможна ручная и автоматизированная маркировка.
- удобство в маркировке серийных номеров, штрих- и QR коды, которые генерирует программа в автоматическом режиме.
- только требуется периодическая замена бойков.
Недостатки
- подходит только для мелко- и среднесерийного производства.
- иглоударник практически невозможно автоматизировать.
- необходимы разные иглы под разные материалы (одной иглы хватает до 6 месяцев, в зависимости от интенсивности работы).
2. Фрезерная маркировка
Наносимая маркировка получается путём срезания верхнего слоя металла вращающейся фрезой и за счет изменения глубины воздействия получаются выпуклые трассы, которые в совокупности образуют рисунок, изображение, символы, знаки или слова.
Технологический процесс фрезерной механической маркировки (рис. 4) состоит из следующих этапов:
- Используется специальный гравировально-фрезерный станок с вращающимся режущим инструментом — фрезой.
- Типоразмер фрезы подбирается для того, чтобы создавать определенные пометки, знаки и символы на металлической поверхности.
Рис. 4. Фрезерная маркировка
- Деталь закрепляется на станине станка, устанавливается технологический процесс, программу и маршрут фрезерования. Про данный процесс механической обработки заготовок можно прочитать тут;
- Гравировально-фрезерный станок с ЧПУ (рис. 5) руководствуясь заложенному алгоритму обрабатывает поверхность заготовки, создавая углубления — маркировочные знаки и символы;
- Углубление 0,4…1 мм от фрезерования гарантированно обеспечивает хорошую читаемость
Рис. 5. Гравировально-фрезерный станок с ЧПУ Maxicam M3
Преимущества
- макисмальная производительность при автоматизации технологического процесса.
- создание глубоких и долговечных отпечаток (оттиск), логотипов, объёмных рисунков и символов.
- применима для различных, по твердости, металлов и сплавов.
- получаются четкие и аккуратные шрифты/знаки.
- оборудование компактное и недорогое.
- идеально для серийной маркировки ответственных деталей, инструментов, промышленного оборудования.
Недостатки
- необходимость крепкой и надежной фиксации детали в процессе работы во избежание порчи инструмента и оборудования.
- дорогие расходные материалы (твердосплавная фреза).
- для изделий с достаточной толщиной металла.
- есть отходы от нанесенной маркировки - стружка.
3. Электрохимическая маркировка
Метод электрохимического клеймения, как один из способов маркировки металлических изделий, является самым доступным и простым среди всех применяемых вариантов нанесения каких-либо символов и знаков на металлы и их сплавы.
Кроме механического, существует и электрохимический способ маркирования – это технология нанесения различной буквенно-цифровой информации с помощью кислот и электрического тока (рис. 6).
Рис. 6. Электрохимическая маркировка
Через электрод подается электрический ток на деталь. Ток проходя через пропитанные в электролите (солевой раствор, исполняющий роль передачи заряженных электронов между потенциалами, побуждающий заряженные электроны двигаться быстрее) материал и специальный диэлектрический трафарет для маркировки оставляет вытравленный след в пустом месте. Изображение соответствует трафарету, который плотно прилегает к металлической поверхности, что является главным требованием для получения качественного оттиска. Эффективное значение напряжения процесса травления находится в пределах от 3В до 15В.
На нержавеющей (высоколегированной) стали можно наносить белую маркировку (при постоянном токе) и черную (при переменном).
Электрохимическая маркировка металлических заготовок состоит из следующих этапов:
- В основе данного метода лежит принцип взаимодействия с металлом посредством электролитического травления поверхности под воздействием электрического тока.
- Металлическая деталь - анодом, а рабочий инструмент катодом.
- При прохождении тока происходит анодное растворение металла в месте контакта инструмента с образованием заданного рельефа.
- Глубина получаемого рельефа регулируется величиной тока и временем воздействия на металл.
Преимущества
- идеально подходит для среднесерийного и крупносерийного производства (легко поставить на поток).
- минимум средств автоматизации.
- технология нанесения и сам процесс экологичен.
- не требуется расходных материалов.
- стоимость оборудования сравнительно низкая.
- получаются четкие и глубокие изображения без деформации изделия.
- подходит для всех металлов, можно обрабатывать твердые и хрупкие металлы с нанесением мелких элементов.
Рис. 7. Оборудование для электрохимической маркировки Steelguard MARK
Недостатки
- нечеткие размытые границы, что неприемлемо для мелких изображений, но допустимо для крупных;
- затраты на изготовление трафаретов (жизненный цикл трафарета до 200 раз).
4. Электроискровая маркировка
Гравировка электроискровым пером (карандашом) – это способ нанесения изображения на металлическую поверхность (рис. 8) путем ее точечного разрушения высокой температурой, возникающей при электрическом разряде. Перед началом гравировки металлическую поверхность детали необходимо тщательно очистить от: грязи, жира и окисных пленок что способствует повышению проводимости металла. Затем её соединяют с одним из выводов трансформатора, а ко второму подключается штекер внешнего вывода катушки электроискрового карандаша. Прикосновением острия иглы цепь замыкается, образовывая искру, которая оставляет след на металле.
Рис. 8. Электроискровая маркировка
Для выполнения маркировки деталь фиксируют на типовом оборудовании (рис. 9), покрывают ее специальной тонкой пленкой с аппликацией, на расстоянии искрообразования печатающая головка вибрирует под напряжением тока (величина тока для разных металлов устанавливается в зависимости от их теплопроводности) и наносит маркировку, выплавляя искрой 0,1…10 микрон металлической поверхности.
Рис. 9. Электроискровое перо EVZ 022
Ошибки, которые возникли при работе можно устранить путем шлифовки металла.
Преимущества
- лёгкость использования (похоже на работу лобзика по дереву);
- работа с тонкими поверхностями без их деформирования;
- не требуется расходных материалов;
- малое потребление электроэнергии;
- не искажает и не деформирует поверхность металла, даже при небольшой толщине;
- эффективен при работе с любым теплопроводящим металлом;
- возможность маркировки всех тонкостенных материалов и большая глубина маркировки.
Недостатки
- низкая производительность (скорость движения маркера до 12 мм/сек);
- невозможность нанесения цветных обозначений;
- ограничения по работе в помещении с повышенной влажностью (более 75%);
- значительный износ электрода.
5. Каплеструйная маркировка
Каплеструйная маркировка – это способ нанесения изображения, при котором элементы печати создаются из капель чернил различного типа без непосредственного контакта с объектом который необходимо отмаркировать (рис. 10).
Рис. 10. Каплеструйная маркировка
Это вид технологии, применение которой позволяет наносить цветную маркировку любых оттенков на стальные изделия цилиндрических или плоских форм. Принцип работы каплеструйного маркиратора схож со струйным принтером.
Изображение для печати предварительно переносится в электронный формат и загружается в систему специального маркиратора с печатающей головкой. А затем капли чернильной жидкости выбрасываются через головку под давлением на поверхность металла, создавая маркировочные знаки. Это самый распространённый и удобный способ, который обычно используется для печати графических изображений и штрихкодов на продукцию или на её упаковку. Их можно наносить на плоские и цилиндрические поверхности. Наряду с моделями стационарного типа используются устройства маркировки переносного варианта (рис. 11).
a)
б)
Рис. 11. Стационарный и портативный каплеструйные маркираторы:
a) стационарный маркиратор Fastjet FX530;
б) портативный (переносной) маркиратор RUSMARK КПМ-260B.
Преимущества
- высокая скорость маркировки (до 10 м/с) при автоматизированном процессе;
- возможность печати различных шрифтов, штрих-кодов, логотипов;
- не требует предварительной подготовки поверхности;
- простота смены изображения для маркировки прямо в процессе нанесения маркировки;
- низкая стоимость;
- экологичность;
- минимум отходов;
- цветная печать;
- для разных форм и поверхностей.
Недостатки
- чувствительность к пыли;
- низкая стойкость маркировки к внешним факторам;
- большие затраты на расходные материалы: чернила, растворитель, прочее. Многие ответственные элементы такие как фильтры и помпы надо менять не реже чем 1-2 раз в год.
6. Шелкография
Трафаретная печать или шелкография (Silk screen printing) — это процесс нанесения изображений на поверхности с помощью трафаретной формы (рис. 12).
Рис. 12. Схематичный процесс получения изображений на футболке
В основном данный вид маркировки используется на плоских поверхностях, так как изображение переносится через шелкографическую форму-трафарет (мелкозернистая сетка) натянутый на раму. Краска продавливается под большим давлением через эту печатную форму ракелем (рис. 13).
Рис. 13. Процесс нанесения изображения методом шелкографии
Перенос рисунка производится на уже окрашенное изделие или необходимо предварительно покрыть его раствором, обеспечивающим хорошую адгезию, обеспечивающим хорошее сцепление частиц жидкой краски и твердого металла. В процессе излишки краски удаляются. Второй слой можно наносить после высыхания первого слоя для добавления элементов другого типа.
Печать данным способом повсеместно используется при производстве развлекательно-рекламных продуктов. Она позволяет нанести изображение на любые плоские поверхности. В качестве основы можно использовать: металл, тканевые изделия, дерево, натуральную и искусственную кожу, бумажные и картонные листы, пластик, стекло и другие материалы (рис. 14).
Рис. 14. Шелкография выполненная на разных основах:
а) металл; б), г) ткань; в) эмаль
Картинка получается яркой, надолго сохраняет изначальный оттенок, не тускнеет и не стирается. Шелкография идеально подходит для: нанесения логотипов, текста на визитки, приглашений, предупреждающих надписей, календарей, блокнотов, знаком на упаковку, POS-продукцию, цветных маркировок на разные металлические изделия.
Преимущества
- возможность нанесения многоцветных изображений за один или несколько проходов;
- применима на плоских поверхностях;
- высокая производительность и простота автоматизации;
- дешевизна оборудования, используются полуавтоматические и карусельные станки (рис. 15);
- экологичность процесса при использовании водных красок;
- устойчивость маркировки к атмосферным изменениям;
- насыщенные, пёстрые и яркие изображения.
Рис. 15. Полуавтоматический (слева) и карусельный (справа) станки для нанесения шелкографии
Недостатки
- подходит только для плоских поверхностей;
- чувствительна к механическим воздействиям или контакту с растворителем;
- невысокая скорость печати, большая потеря времени на сушку готовых изделий;
- высокие затраты на расходные материалы: краску, рамы, подготовку трафаретов;
- прямая зависимость износостойкости и долговечности от качества чернил.
7. Металлофото
Металлофото – это технология нанесения на поверхность детали, в качестве материала часто выступает алюминий, фоточувствительного слоя соли и последующего экспонирования, с помощью ультрафиолетового излучения (рис. 16). Суть данного процесса – проявление на алюминиевой поверхности фоточувствительной соли. Результатом химической реакции будет вкрапление изображения в металлическую структуру. Такие изделия долгое время сохраняют цвет даже при механических воздействиях.
Рис. 16. Алюминиевые таблички
Технологический процесс маркирования этим способом состоит из следующих этапов:
- Печать пленки с изображением, предназначенным для переноса;
- Плотная установка пленки на поверхность пластины и его надежная фиксация;
- Экспонирование (проявление) и закрепление (рис. 17);
- Нанесение на поверхность пластины нужных цветов;
- Погружение её в ванну со специальным уплотняющим раствором.
Рис. 17. Устройство для экспонирования и нанесения краски GEDADJET 3260 ALUMINUM
Преимущества
- высокая стойкость цвета к выгоранию от солнца, воздействию растворителей;
- нестираемость;
- яркий результат;
- возможность нанесения многоцветных, фотографических изображений с высоким разрешением;
- высокая четкость и детализация изображения;
- стойкость маркировки к истиранию и внешним воздействиям;
- отсутствие деформации металла в процессе нанесения;
- работа с изделиями сложной конфигурации;
- не требует расходных материалов, кроме фотошаблонов.
Недостатки
- печать только на алюминиевых пластинах для металлофото;
- нет белого цвета и полноцвета, только полутона;
- трудоемкость процесса, что влияет на скорость производства;
- высокая себестоимость;
- только для крупносерийного и массового производства.
8. Ультрафиолетовая печать
Маркировка, организованная с использованием ультрафиолетовой техники, может наносить изображения на различные поверхности с помощью УФ принтера (рис. 18). Конструктивно это устройство напоминает струйный принтер, но с некоторыми нюансами. Его главной особенностью становится возможность подачи полимеризационных чернил, застывающих под воздействием электромагнитного излучения с определенной длиной волны.
Рис. 18. Процесс получения изображения на УФ принтере
Процесс нанесения методом УФ-печати на металл и сплавы можно разделить на несколько этапов:
- Обезжиривание поверхности металла;
- Специальные УФ-отверждаемые чернила подаются на поверхность металла через печатающую головку принтера (рис. 19);
- Включение УФ-лампы, синхронно с подачей чернил;
- Фотополимеризация чернил под воздействием ультрафиолетового излучения;
- Для получения многоцветных обозначений процесс повторяют, нанося слои разных цветов.
Рис. 19. ColorJet Hybrid 3220 УФ принтер
Преимущества
- способ подходит для практически любого материала (рис. 20);
Рис. 20. Изображения на предметах нанесенные УФ печатью
1 – дерево; 2 – зеркало; 3 – стекло; 4 – пластик; 5 - керамогранит
- высокая скорость нанесения, за счет мгновенной адгезии чернил на поверхности металла;
- отличное качество печати с разрешением до 1400 DPI;
- широкий выбор цветов и возможность многоцветной печати;
- устойчивость к влаге, истиранию и выгоранию;
- возможность печати на изделиях сложной формы.
Недостатки
- расходные материалы;
- декоративная маркировка, можно соскоблить рисунок.
9. Лазерная маркировка
Лазерная маркировка — процесс нанесения идентификационных данных сфокусированным лазерного луча всего 15-20 микрон на любой материал. С помощью этой технологии можно переносить на продукцию QR-коды, серийные и VIN-номера, а также логотипы и любую другую графическую информацию.
Рис. 21. Лазерная маркировка
Она долговечна, не стирается в процессе эксплуатации товара, не выгорает на солнце, ее практически невозможно повредить механическим воздействием. Поэтапно процесс лазерной маркировки на поверхности металла осуществляется следующим образом:
- Изображение для маркировки загружается в ЧПУ лазерного станка (рис. 22).
- Луч фокусируется на поверхности металлической детали.
- Происходит местное подплавление, окисление и испарение материала, образуются микрообъемные знаки под воздействием высокой температуры.
- Лазер перемещаясь по запланированной траектории гравирует поверхность, нанося необходимые фигуры, символы, знаки и цифро-буквенные обозначения.
Рис. 22. Лазерный гравер TwoTrees series TT-5S
Преимущества
- качественная маркировка с высоким разрешением (до 1 400 DPI);
- применяется для всех видов металла и сплавов: латунь, медь, алюминий, нержавеющая сталь, титан, легированная углеродистая сталь и т.д.;
- комбинированность маркировки (можно наносить и изображение, и текст, и символы);
- высокая скорость нанесения обозначений;
- нет расходных материалов;
- маркирование в труднодоступных местах, возможность наносить мелкие элементы и сложные изображения;
- низкое потребление электричества;
- четкость и долговечность надписей;
- применима для разных металлов, включая твердые сплавы;
- не требуется подготовка поверхности;
- экологичность процесса.
Недостатки
- высокая цена за профессиональный лазерный маркиратор;
- окупаемость от 1 года;
- периодическую замену узлов;
- плановое и внеплановое техобслуживание.
В сборочных чертежах или чертежах деталей, в технических требованиях указывают про необходимость нанесения
маркировки/гравировки, метод нанесения и ссылку на государственный или отраслевой стандарт.
Пример в ТТ:
- Надписи гравировать симметрично осям отверстий, шрифт 4-Пр3 ГОСТ 26.008-85.
- Покрытие гравировки эмаль ПФ-115 черная, УХЛ2, ГОСТ 6465-2023.
Уважаемый читатель, мы постарались подробно и доступно изложить в этой статье о современных методах маркировки. В качестве благодарности за наш труд подпишитесь на нас в социальных сетях социальных сетях и не забудьте поставить нам 👍! Также ждем Ваших обращений за любой графической помощью по учебе, будь то черчение простой детали, деталировка, инженерная графика или начерталка, сложный сборочный чертеж в 3D или трассировка печатной платы. Всё будет сделано в экстремально короткие сроки и запредельно качественно!