「オンザフライ」の部分マーキング

マークを付けることが人生において重要であるのと同様に、マークは多くの製品製造プロセスにおいても不可欠な要素です。 製品マークには、ロゴ、QR コード、シリアル番号など、さまざまな形式があります。 一部の業界では、トレーサビリティの目的で、すべての部品に独特のマークを付けることが不可欠です。

ただし、問題は、一般的な静的マーキング技術が、サイクル タイムの最小化に重点を置いた最新の自動化された製造プロセスには適していないことです。 しかし、予算が許せば、工場には別の選択肢があります。それは、製造ラインに統合するように設計された完全自動レーザーマーキングシステムです。 部品がラインに沿って移動するときに「オンザフライ」でマークを付けるこれらのシステムは、生産を遅らせることなく仕事を行うことができます。

インクを使ってその場でマーキングを行うこともできますが、レーザー システムを販売する企業は、自社のテクノロジーの方が良い選択だと主張しています。 一つには、レーザーの方が部品により耐久性のあるマークを付けることができると彼らは指摘しています。

レーザーは部品に消えない跡を残します。 画像提供：トルンプ氏

「レーザーを使用すると、材料が変更され、インクジェットに比べて、より傷つきにくいマークが得られます。インクジェットでは、マークは表面上にのみあり、表面にはマークがありません」と、Trumpf Inc. のマーキング技術スペシャリスト、アルバート ユング氏は述べています。コネチカット州ファーミントン。 「インクをこすり落とすことはできますが、（レーザー）マークはスチール部品から研磨する必要があります。」

さらに、レーザーマーキング会社は、ノズルが詰まってマーキングが困難になる可能性があるインクジェット方式よりも自社のシステムの信頼性が高いと述べています。

その結果、「継続的にメンテナンスが必要になります」と、ケベックシティの Laserax Inc. のアプリケーション スペシャリスト、ジェローム ランドリー氏は述べています。

対照的に、レーザーシステムはメンテナンスが不要だと同氏は述べた。

「インストールすれば、基本的には問題なく動作するものになります。」とランドリー氏は言いました。

次に、消耗品のコントラストがあります。

インクベースのシステムの販売者は、「インク、溶剤、その他そのプロセスで使用される消耗品で実際に利益を得ている」と、バージニア州アシュランドにあるプライアー・テクノロジー社の主任サポート・エンジニアのリック・ジョーンズ氏は語る。 しかし、レーザーマーキングプロセスでは、「消耗品は事実上ゼロ」です。

レーザーマーキングは完全に自動化されたプロセスで、ほんの数秒で部品にマーキングを行うことができます。 トルンプのシステムは、ソフトウェアを使用して部品を運ぶコンベアベルトの速度を計算し、それを一対のモーターによって動かされるレーザーミラーの速度に合わせます。 これにより、システムはレーザーの走査フィールド内にある部品にマークを付けることができるとユング氏は説明した。

ユーザーはインクやその他の消耗品にお金を払う必要はありませんが、レーザーは高額商品です。 Landry 氏によると、レーザー オンザフライ マーキング システムのコストは約 60,000 ドルから 120,000 ドルであるのに対し、インク システムのコストは約 10,000 ドルから 30,000 ドルです。 ただし、レーザー システムはインクやその他の消耗品を時間の経過とともに節約することで、最終的にはこのコスト差を埋め合わせられると同氏は付け加えました。 同氏によると、大量生産の場合はこれに 1 年かかる可能性があり、生産が遅い場合は「2 ～ 3 年程度」かかる可能性があるという。

生産上の考慮事項

マーキングラインの速度が低下すると、生産の速度も低下します。

したがって、「マーキング用のレーザーを自動セルに組み込む場合、追加のステップによってプロセスの処理能力が低下しないようにする必要があります」とランドリー氏は述べた。

生産要件を満たすためにレーザーマーキングを高速化する 1 つの方法は、より高出力のレーザーを選択することです。

「ある時点までは、これは拡張可能です」と Jung 氏は言いました。 「つまり、10 W システムでマークに 1 秒かかる場合、20 W システムにスケールアップすると、時間を 0.5 秒に短縮できます。」

このカスタムのオンザフライ レーザー マーキング システムは、特定の生産プロセスの要件を満たすように設計されました。 画像提供: Pryor Technology

ジョーンズ氏は、20 Wのシステムは工業用マーキング用途では「非常に標準的」だが、プライアー・テクノロジーは顧客に300 Wものレーザー出力を提供していると信じていると述べた。

もちろん、レーザー出力を上げることのマイナス面は、レーザーの価格がさらに高くなるということです。

「目標サイクルタイムを達成するためにワット数を上げると、コストが大幅に上昇します」とジョーンズ氏は言います。

より高速なマーキングが必要だが、すでに利用可能な最大のレーザー出力を使用している場合は、他のオプションを使用すると、マーキング プロセスを生産目標に合わせることができます。 別の方法として、2 台目のレーザー マーキング システムを購入することもできます。 Jung 氏は、2 つのシステムはいくつかの異なる方法で導入できると述べました。 1 つのアプローチは、両方のシステムを同じラインで使用し、コンポーネントが遭遇する最初のレーザーで 1 つおきの部品をマーキングし、2 番目のレーザーでさらに下流の残りの部品をマーキングすることです。 あるいは、メーカーは 2 つのコンベア ベルトとそれぞれにレーザー マーキング システムを使用することもできます。

時間が重要である場合のもう 1 つの考慮事項は、マーク自体です。

ジョーンズ氏は、部品がマーキング領域を移動する際、「アプリケーションによって左右されるので、効果的にマーキングできる時間は限られています。15 ～ 30 秒かかる人もいれば、0.5 秒かかる人もいます。 0.5秒しかないので、どれだけマークするかについて妥協しなければならないこともあります。」

これは、オンザフライ マーキング システムのユーザーが、マーク内のロゴや個々の文字のサイズを縮小したり、マーク内のコンテンツの量を削減したりする必要がある可能性があることを意味します。 したがって、たとえば、アプリケーション要件を満たすために、高さ 4 mm (0.16 インチ) の 12 文字の代わりに、マークを高さ 3 mm (0.12 インチ) の 5 文字に減らす必要がある場合があります。 あるいは、時間を重視するメーカーは、大胆な黒のマークの代わりに、濃いグレーのマークを選択する必要があるかもしれません。

マイナス面の管理

オンザフライレーザーマーキングを選択するメーカーにとって、アプリケーション要件を満たすためにプロセスを微調整することだけがやるべきことリストの項目ではありません。 もう 1 つの側面は、生産環境でレーザーによってもたらされる潜在的な危険にどのように対処するかを考えることです。

「ファイバーレーザー特有の課題の1つは、人間の目には光が見えないことです」とジョーンズ氏は言う。 「まばたきをしたことに気づくまでにかかる時間よりもほんのわずかな時間で網膜が剥がれてしまう可能性があり、永久に失明してしまいます。そのため、多くの場合、システムを保護したり、部屋全体を人間の目から遠ざけたりしなければなりません。」

Laserax システムが設置されている場合、マーキング領域は部分的に囲まれ、「レーザーの安全性の点でクラス 1」であることが保証されるとランドリー氏は述べています。

これは、保護具を着用していない作業員にとって機械エリアが安全であることを意味します。

レーザーマーキングは人体に危険を及ぼすだけでなく、特定の部品に許容できない影響を与える可能性があります。

LXQ ファイバー レーザー マーキング システムは、生産ラインに迅速に統合できるように設計されています。 画像提供：Laserax

部品の品質に対するレーザーマーキングの影響について、「表面粗さは約 30 μm (0.001 インチ) しかないため、ほとんどの工業用途には問題ありません」と Landry 氏は述べています。なんだか荒れているということ。 しかし、それは材料に掘られたものではなく、構造には実際には何も変わりません。」

それにもかかわらず、同氏は、Laserax のオンザフライマーキングシステムは、業界の厳しい表面仕上げ要件のため、医療メーカーでは使用されていないと述べた。

あらゆる業界の薄肉部品のメーカーは、レーザー マーキングについて懸念を抱いているはずです。 これらのメーカーはその場でマークを付けることができますが、より頑丈な部品に付けるマークとは大きく異なるマークを受け入れなければならない場合があります。

「薄い金属片があり、非常に暗いマークが必要な場合は、その部分の上で 5 ～ 10 μm (0.0002 インチ～0.0004 インチ) 蒸発する黒色の彫刻を行うことができますが、大量の熱を導入することになります。とユングさんは言いました。 「これによって部品が歪む場合は、プロセスを変更する必要があります。」

たとえば、メーカーは、部品表面の上部 2 μm (0.00008 インチ) ～ 5 μm のみに影響を与える繊細な白い彫刻に切り替えることができます。

「熱の導入は減りましたが、依然として部品に目に見える跡が残っています」と Jung 氏は言いました。

貴重な役割

高速生産ラインに最適ですが、オンザフライ レーザー マーキングは多くの製造現場で貴重な役割を果たします。

「すでに製品が自動化された方法で動いていて、追加の操作のためにそのプロセスから外したくない場合はどこでも、インラインでマーキングを行うことができます」とジョーンズ氏は言います。

時間のマークを付けると、一部の機能がうまく機能しなくなる可能性があるため、これは非常に重要です。 同氏は、月に 1 つのジェット エンジン部品を製造する工場では、世界中で常に製品のマーキングを行っている可能性があると述べました。

しかし、他のケースでは、サイクルタイムが「目標を10分の1秒上回った場合、工場が停止する可能性がある」とジョーンズ氏は述べた。 「オンザフライでマーキングを行うと、システムのサイクル タイムにほとんど影響を与えません。」

William Leventon は、Cutting Tool Engineering 誌の寄稿編集者です。 電話（609-920-3335）または電子メール（[email protected]）で連絡してください。

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