Stellen Sie den Erfolg der Lasermarkierung nach der Bearbeitung von Metallteilen sicher

Von Ajay Kumar, Chad Whitehead, Brittany Hooley | 13. August 2020

Die meisten medizinischen Geräte mit Metallteilen werden maschinell bearbeitet, wärmebehandelt, elektropoliert und/oder per Glasperlen gestrahlt. Auch bei korrekter Durchführung kann jeder Produktionsprozess Ablagerungen auf der Oberfläche hinterlassen. Diese Ablagerungen summieren sich und können normalerweise nicht durch einfache Reinigung nach der Wärmebehandlung von der Oberfläche entfernt werden. Oft müssen zusätzliche Prozesse eingesetzt werden, diese können jedoch Auswirkungen auf die Lasermarkierung haben. Die Gewährleistung der Oberflächenintegrität ist entscheidend für den Erfolg der Lasermarkierung.

Damit beispielsweise eine Lasermarkierung auf einem martensitischen Stahl wie 17-4-Edelstahl der Stickstoffpassivierung, dem Einweichen in Kochsalzlösung und mehreren Autoklavenzyklen standhält, muss die Markierungsoberfläche vor der Lasermarkierung sauber und passiv sein und muss nach der Markierung passiv sein . Es ist wichtig, die Oberfläche vor der Lasermarkierung auf Oberflächenverunreinigungen zu analysieren, die Quelle der Verunreinigung zu identifizieren und diese zu beseitigen.

Mögliche Schadstoffquellen:

Abbildung 1: Gesamtquellen von Verunreinigungen und ihre Auswirkungen auf die Lasermarkierung.

Bearbeitungsprozesse können Bearbeitungsölablagerungen hinterlassen, die während der Wärmebehandlung verbacken.

Abbildung 2: Das Bild oben zeigt die Schneidflüssigkeiten, die nach der Bearbeitung auf der Oberfläche verbleiben können.

Abbildung 3: Auswirkungen des Zurückbleibens von Schneidflüssigkeiten auf der Oberfläche.

Die Bilder oben zeigen die Bearbeitungsöle auf der Oberfläche nach der Bearbeitung. Wenn diese Bearbeitungsöle nicht sofort entfernt werden, verbacken sie während der Wärmebehandlung.

Teile, die nicht ordnungsgemäß elektropoliert sind, weisen Elektropolierrückstände und EP-Flüssigkeit auf der Oberfläche auf. Das Teil sollte unmittelbar nach dem Elektropolieren gereinigt werden.

Abbildung 4: Post-EP, EP-Lösung verbleibt auf dem Teil.

Abbildung 5: Auswirkung von unsachgemäßem Elektropolieren und unzureichender Reinigung.

Wenn das Gerät nicht ordnungsgemäß einer Vakuumwärmebehandlung unterzogen wird, bildet sich durch die Wärmebehandlung Ablagerungen. Die Art der Wärmebehandlungsschicht hängt von der Menge der Ablagerungen ab, die sich auf der Oberfläche durch frühere Prozesse wie z. B. maschinelle Bearbeitung (Schneidöle) abgelagert haben. Sobald sich durch die Wärmebehandlung Ablagerungen gebildet haben, können diese mit der herkömmlichen Reinigungsmethode mit Ultraschall nicht mehr entfernt werden. Dadurch wird der Laserbeschriftungsprozess beeinträchtigt.

Abbildung 6: Diese Wärmebehandlungsskala entsteht auf der Oberfläche, nachdem EP-Rückstände und Bearbeitungsflüssigkeiten auf der Oberfläche zurückgeblieben sind.

Es ist wichtig sicherzustellen, dass vor der Lasermarkierung keine Polierrückstände auf der Oberfläche zurückbleiben. Dies geschieht, wenn übermäßiger Druck und/oder falsche Körnung verwendet wird und/oder wenn das Teil falsch wärmebehandelt wird.

Abbildung 7: Auswirkung von Polierrückständen auf der Oberfläche. Kratzspuren zeigen die Laufrichtung der Polierpaste an.

Eine ordnungsgemäß bearbeitete Oberfläche weist keine Reste von Polierpaste, Schneidflüssigkeiten und Elektropolierflüssigkeit und/oder Ablagerungen auf.

Abbildung 8: Wenn die Oberfläche vor der Lasermarkierung ordnungsgemäß bearbeitet wird, weist sie eine Topographie ohne Elektropolierbrandspuren, Elektropolierflüssigkeitsablagerungen, eingebettete Poliermedien und/oder Hitzeablagerungen aus der Wärmebehandlung auf.

Hier sind drei Qualitäten zu berücksichtigen:

1.Echtes Schwarz, unabhängig vom Betrachtungswinkel.Die Lasermarkierung ist unabhängig vom Betrachtungswinkel schwarz.

Abbildung 9: Eine unzureichende Oxidschichtdicke führt zu einer Farbverschiebung der Lasermarkierung.

Abbildung 10: Echtschwarze Lasermarkierung.

2.Die Lasermarkierung sollte einer Passivierung standhalten.Die Lasermarkierung sollte nach der Stickstoffpassivierung nicht weggewaschen werden.

Abbildung 11: Vergleichsanalyse zwischen Lasermarkierungen. Die Lasermarkierung auf der linken Seite bleibt nach der Passivierung mit Stickstoff-IV schwarz. Die vier Markierungen auf der rechten Seite zeigen, dass die Lasermarkierung durch Passivierung in unterschiedlichem Ausmaß teilweise entfernt wurde.

3.Korrosionsfrei. Nach den Autoklavenzyklen sollte die Lasermarkierung im Bereich von 10–50 µm auf Korrosion untersucht werden. Das Teil sollte keine Anzeichen von Korrosion aufweisen und eine scharfe Grenze zwischen der Lasermarkierung und dem Grundmetall aufweisen.

Abbildung 12: Lasermarkierungen zeigen keine Anzeichen von Hitzeeinwirkung.

Abbildung 13: Auswirkung des Fluenzniveaus auf die Wärmeeffekte rund um die Lasermarkierung.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es nicht nur notwendig ist, Laserprozessparameter zu entwickeln, um eine korrosionsfreie, echt schwarze Lasermarkierung auf einem martensitischen Stahl wie 17-4-Edelstahl zu erzeugen, die Salpeterpassivierung, Einweichen in Kochsalzlösung und wiederholten Autoklaven standhält. Aber man muss sich vor der Lasermarkierung auch mit der Frage der Oberflächenintegrität (Oberflächenreinheit und Oberflächenpassivität) befassen. Dies kann am besten nur durch Ingenieurbüros erreicht werden, die alle Prozesse der Oberflächentechnik wie Passivierung, Reinigung, Polieren, Perlenstrahlen, Laserbeschriftung und Oberflächenanalyse unter einem Dach haben, da der Laserbeschriftungsprozess von der Oberflächenintegrität abhängt -Lasermarkierung und Oberflächenpassivität nach der Lasermarkierung.

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