ES2202894T3 - Procedimiento de marcacion por laser. - Google Patents

Abstract

Un método de marcación química activada térmicamente comprendiendo las etapas de: aplicar un material de marcación que contiene un reforzador absorbedor de energía o un componente reforzador de la absorción de energía, en donde el material de marcación se selecciona entre frita de vidrio, una mezcla de óxido métálico y un pigmento orgánico; y irradiar dicho material de marcación con un haz de energía radiante que aporta un nivel de energía comprendido entre 1 y 20 vatios en la superficie del substrato a marcar y tiene una longitud de onda seleccionada para excitar el reforzador absorbedor de energía o componente reforzador de la absorción de energía para unir el material de marcación al substrato, formando con ello una capa unida en la forma de un relieve sobre el substrato, proporcionando la capa de marcación un contraste realzado o una marca de color, o ambos sobre el substrato.

Description

Procedimiento de marcación por láser.

Ámbito de la invención

La presente invención concierne a un método para producir marcas permanentes, de contraste mejorado y/o de color, formadas como una nueva capa de marcación encima de substratos que incluyen cristal, cerámica, porcelana, metal, y plástico. Un rayo láser irradia un medio de marcación que tiene una frita de vidrio que contiene un reforzador absorbedor de energía, o alternativamente el medio de marcación puede ser una mezcla de óxido metálico o una mezcla de pigmento orgánico.

Antecedentes de la invención

La marcación de materiales de cerámica, esmaltes y cristales puede ser llevada a cabo por marcación convencional y métodos de decoración tales como grabado químico, corte, grabado, molido o por aplicación de un colorante de cristal o esmalte. En estos métodos, la superficie de los materiales marcados se altera con la consecuencia de que el material puede sufrir daños, especialmente si la marcación se ha llevado a cabo por grabado químico, grabado, o corte. La aplicación de un colorante de cristal o esmalte hace necesario, además, un segundo paso de cocción. Las marcaciones así producidas no son siempre completamente satisfactorias.

Se conoce también el hecho de marcar cristal por medio de un rayo láser, mientras que los métodos conocidos se basan en derretir o extraer material de substrato de manera tal que la superficie del material marcado es también alterada

La patente alemana 3 539 047 postula un método de decoración, marcación, y grabado de objetos esmaltados usando rayos láser mediante la incorporación en el esmalte de agentes opacificadores de revestimiento los cuales son causados por el rayo láser para descomponer óptica o localmente; por ejemplo, óxidos de titanio, de estaño, de cerio, y de antimonio. Una desventaja de este método es que, por ejemplo, los objetos esmaltados transparentes no pueden ser marcados porque el agente opacificador incorporado en el revestimiento del esmalte no cambia ópticamente en la áreas no irradiadas y, por tanto, influyen fuertemente en el aspecto general del objeto. Además, el agente opacificador empleado puede afectar negativamente a las propiedades mecánicas del esmalte.

La industria ha buscado marcar superficialmente cristal, cerámica, porcelana, metal, plásticos, y similares con cuatro atributos físicos. Estos cuatro atributos son alta resolución, alto contraste, permanencia, y velocidad.

Esfuerzos bien conocidos hasta la fecha han producido solamente dos o tres de estos atributos. Por ejemplo, cerámica de marcación al horno usando material de frita de vidrio a temperaturas de horno de entre 100º y 1000ºC resultan en alta resolución, alto contraste, marcas permanentes en cerámica, cristal, y metales. Estos procesos conocidos requieren el calentar el substrato entero junto con el material de marcación de frita de vidrio o de óxido de metal en un horno. El problema con estos procesos es que el factor tiempo y el consumo de energía no son comercialmente eficientes para crear las marcas. Son comunes factores de tiempo que van desde minutos a horas. El consumo de energía de un horno se mide generalmente en kilovatios por tonelada y/o BTUs por libra. Además, estos procesos no se prestan a la portabilidad.

Otro método de marcación conocido es el de martillar sobre metal. Este método no puede ser usado sobre cristal, cerámica, u otros materiales frágiles ya que ello provocaría la rotura y/o daño de la superficie. Cuando se utiliza, este método produce unas marcas de superficie de alta resolución, permanentes y rápidas. Sin embargo, no se producen marcas de alto contraste.

La patente U.S. No. 5.637.244 (1997) de Erokhin explica el uso de un láser Nd:YAG de baja potencia que tiene una potencia de radiación de entre 5 y 15 mJ y que pulsa con una duración de 15 ns. Mediante el enfoque del rayo láser un tamaño del punto de 0,1 a 0,4 mm fue utilizado para cortar y extraer cristal para propósitos de marcación. Una imagen 3D cortada fue creada. Los substratos plásticos requirieron un orden de magnitud menos potente. No se enseña ningún proceso químico.

La patente U.S. No. 5.609.778 (1997) de Pulaski et al. expone un método de marcación para cristal y otros substratos mediante el corte y la extracción de una pluralidad de micro-reflectores en el substrato. El uso de un rayo láser de 190 mJ/cm^{2} a 300 Hz y 250 pulsos cortó y extrajo un micro-reflector parabólico que tenía una profundidad media de entre 1 a 100 \mum (micras). Se enseña el uso de una máscara dieléctrica y una chapa oscilante. No se enseña ningún proceso químico. Por lo tanto, no se proporciona ninguna base \NAK 103.

La patente U.S. No. 5.523.125 (1996) de Kennedy et al. divulga un método de impresión de máscara basado por láser para marcar pelotas de baloncesto, etc. con marcas registradas. El láser se utiliza para cortar y extraer el diseño a marcar en una máscara antes de imprimir sobre la máscara. Éste es solamente un método de impresión.

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La patente U.S. No. 5.061.341 (1991) de Kíldal et al. divulga un método de impresión para prevenir de daños a un artículo plástico pigmentado cuando la tinta en el artículo es cortada y extraída por un rayo láser. Se utilizan varias capas de aglomerantes y disolventes. Éste es solo un método de impresión.

La patente U.S. No 4.912.298 (1990) de Daniels et al. expone un proceso de ablación para marcar lentes ópticas. Se utiliza un láser excimer que tiene la energía de un rayo láser de entre 1 a 5 J/cm^{2}. La marca se reconoce más cuando la lente tiene un revestimiento anti-reflejante debido a la perturbación de la condición de interferencia de luz reflejada. No se enseña ningún proceso químico.

La patente U.S. No. 4.515.867 (1985) de Bleacher et al. divulga un método de tres pasos para marcar un substrato de cristal tal como un CRT. Primero se aplica una primera capa oscura y se seca por debajo de un minuto. En segundo lugar se aplica una capa superior coloreada y clara por debajo de un minuto. En tercer lugar un rayo láser corta y extrae la marca de la capa superior coloreada clara, dejando así la marca visible cuando la primera capa oscura reluce a su través. La primera capa contiene partículas de mica mientras que la capa superior no. Las capas están hechas de aglomerados de silicato alcalino. Éste es solo un método de impresión.

La patente U.S. No. 4.327.283 (1982) de Heyman et al. divulga un método para marcar cristal usando un método de tres pasos similar al de la patente `867. La capa superior se extrae o bien por abrasión o por ablación láser. Éste es solamente un método de impresión.

Otros métodos de marcación conocidos son métodos de impresión con tinta. Un método de impresión de transferencia del estado de la técnica se enseña en WO 95/13195 (Mayo 1995) de Meneghine et al., asignada a Markem Corporation. Estos métodos usan una tinta transferible por láser en un portador de plástico. La tinta se mezcla en una solución de medio de transferencia con el fin de mejorar la conversión de la energía láser (IR) en calor. Estos métodos producen un método de alta resolución, alto contraste y relativamente rápido. Existe un paso de curación por UV que consume tiempo. El problema con éste y todos los métodos con tinta es una falta de permanencia. Los ácidos y otros disolventes eliminan tinta de una superficie dura. Este método enseña a curar la tinta sobre la superficie del substrato. La presente invención enseña a enlazar un medio de marcación para formar una nueva capa de marcación encima de la superficie del substrato en lugar de transferir una tinta al substrato y después curarla.

Otro método de marcación bien conocido enseña el uso de impresoras de chorro de tinta. Con el fin de mejorar el rendimiento de la aplicación, la apariencia y la permanencia, disolventes ambientalmente peligrosos se mezclan con la tinta. Incluso con estos disolventes peligrosos sin embargo, no se ha alcanzado una mejora significativa.

La patente U.S. No. 4.541.340 (1985) de Peart et al. divulga un proceso de impresión para marcar telas o plásticos con una imagen permanente. Se utilizan tintes sublimables tales como tintes nitrosos. Una difusión del colorante en el substrato es causada por un paso de aire presurizado en una etiqueta de transferencia. Solamente se enseñan la aplicación a telas y a plásticos. La química es diferente de la presente invención. Sin embargo, el resultado de una marca de alto contraste permanente es reivindicado.

Otro grupo relacionado de métodos de marcación es el que combina el láser con medios de marcación de frita de vidrio u óxido metálico. La patente U.S. No. 4.769.310 (1988) de Gugger et al. enseña el crear primero un esmalte en un proceso de horneado. El esmalte tiene un aditivo sensible a la radiación en cantidades que van desde 0,01 al 30% en peso. Este esmalte es entonces irradiado por un rayo de láser pulsatorio Nd:YAG que tiene pulsos de luz de seis a ocho nanosegundos para una longitud de onda de 0,532 \mum y un contenido en pulsos de 250 milijulios. El problema con este método es la carga que representa el crear una superficie de esmalte, lo cual requiere su tiempo, antes de aplicar el rayo láser de alta velocidad.

La patente U.S. No. 5.030.551 (1991) de Herren et al. enseña un método basado en láser para marcar materiales de cerámica, esmaltes, productos cerámicos vidriados, y cristales mediante la aplicación en primer lugar a una pieza de trabajo una capa transparente de dióxido de titanio con un grueso de 10 a 1.000 nm (100 a 10.000 Angstrom). En segundo lugar, la pieza de trabajo se cuece en un horno a 620ºC durante un minuto y entonces se enfría lentamente en el horno cerrado. En tercer lugar, la capa se irradia con un láser pulsatorio de acuerdo con la forma de la marca a aplicar. La luz láser debe tener una longitud de onda que sea suficientemente absorbida por la capa de óxido de modo que se produzca una decoloración de la capa de óxido en las áreas irradiadas. El problema con este método es el paso, que requiere tiempo y energía, de cocer y enfriar la pieza de trabajo.

El método Herren hace posible producir una marca directa y rápida que es indeleble y, por tanto, a prueba de abrasión y rayado. Las marcas obtenidas son también a prueba de corrosión, resistentes a disolventes, dimensionalmente estable, libres de deformación, resistentes a la luz, al calor, y a la intemperie, fácilmente legible, y tienen un buen contraste y una muy buena nitidez del contorno. Además, no hay virtualmente debilitación de las características mecánicas, físicas, y químicas del material de marcación, por ejemplo resistencia mecánica y química. El problema con el método de Herron es el paso, que requiere tiempo y energía, de cocer y enfriar la pieza de trabajo.

Un documento original recibido el 11 de Noviembre de 1995 en Glastech: Ben Glass Sci. Techno. 69 (1996) No. 1, se titula Firing P_{b}O- esmaltes libres de vidrio usando el láser de CW-CO_{2}.

Los experimentos fueron hechos para reducir el plomo en la cocción de los esmaltes vidriados. Los esmaltes se cuecen usando un láser de CW-CO_{2} de alta potencia y se alcanzan temperaturas de cocción superiores a 1000ºC. Sin embargo, el substrato de cristal debe ser precalentado.

La patente U.S. No. 5.543.269 (1996) de Chatterjee et al. divulga el proveer a una superficie de cerámica con una imagen hecha de una diferencia de color usando Zirconía y un dopante. El área coloreada es señalada con un rayo láser para reducir el óxido de circonio dopado para producir una imagen. Esta referencia es un proceso láser/químico altamente especializado limitado al uso de cerámicas especiales. No instruye sobre la marcación de cristal, metales y plásticos.

La patente U.S. No. 4.854.957 (1989) de Borrelli et al. divulga un método para marcar un artículo de cristal fotocrómico usando una sal halógena de plata y un láser. Se necesita un substrato especial. Un paso de preparación de 16 horas es necesario para crear el substrato.

La patente U.S. 5.397.686 (1995) de Dominick et al. expone un método de marcación temporal láser/químico para substratos. La mezcla de ferriganida de potasio y citrato de amonio fénico se seca temporalmente sobre el substrato en un patrón de difracción de disco de aireación. Entonces es eliminado con agua o alcohol. La química es diferente, y no se forma ninguna marca permanente.

La patente U.S. 5.075.195 (1991) de Babler et al. expone el uso de un substrato especial de plástico que tiene un aditivo de disulfuro de molibdeno. El substrato especial se irradia con un rayo láser para cambiar la reflectancia de la luz del substrato y formar una marca.

El documento EP-A-0782933 divulga un método de marcación por láser en el cual un substrato se cubre con un "polvo compuesto inorgánico blanquecino absorbedor de rayo láser", tal como hidróxido de aluminio, mica o talco, junto con un aglomerante. Durante la irradiación con un láser, por ejemplo un láser de baja potencia, el recubrimiento cambia de color, de transparente a blanco, para proporcionar una marca.

El documento EP-A-0419377 expone un método de marcación por láser en el cual un recubrimiento reactivo al láser que contiene pigmentos experimenta un cambio de color por reacción química, o vaporización, o una reacción física que proporciona una marca contrastada, durante la irradiación. Los pigmentos están incluidos en cantidad suficiente como para absorber y reflejar el rayo láser. En el ejemplo provisto, el recubrimiento es un recubrimiento de poliuretano endurecido de isocianato que contiene un 40-60% de pigmentos (óxidos de titanio y hierro), el cual proporciona una marca negra sobre un fondo gris con un gravado en profundidad. Ello resulta de la deterioración del aglomerante en el recubrimiento causada por la absorción y la reflectancia del rayo láser por los pigmentos.

El documento EP-A-0531584 expone un método de marcación por láser sobre un substrato de plástico o cristal transparente mediante la aplicación de una capa que contiene al menos dos tipos de iones metálicos de transición, la irradiación con un láser, y la eliminación de la capa. El rayo láser se absorbe en la capa y, debido a los procesos físico-químicos que ocurren en la capa durante la irradiación, se produce un plasma caliente en la capa que actúa sobre el substrato. Así, la absorción del láser en la capa causa una interacción indirecta entre el rayo láser y el substrato para crear una marca, posiblemente mediante la difusión de iones en el substrato. La capa es entonces eliminada.

El documento GB-A-2227570 concierne a la marcación por láser de substratos plásticos mediante la cubrición del substrato con una película de laca soluble que contiene por lo menos un componente colorante, tal como pigmentos inorgánicos y orgánicos o tintes solubles en polímero, y una irradiación tal que la película y la superficie del substrato directamente adyacente se ablandan en las áreas irradiadas y el componente colorante penetra en la superficie del substrato plástico.

El documento US-A-4856670 divulga una tinta de impresión de transferencia para marcar en una superficie de pieza de trabajo impermeable tal como un tubo de rayos catódicos de cristal. La composición de la tinta comprende un componente de resina líquido que incluye monómeros de acrilato líquido, monómeros de acrilato polifuncionales, aglomerantes poliméricos y fotoiniciadores, y un componente sólido que incluye pigmentos y una mezcla de frita de vidrio particulada. Según D11, las marcas de código de barras se pueden formar en el substrato de cristal por impresión por transferencia con almohadillas de la tinta, y la curación por exposición mediante radiación UV. El flujo de los pigmentos y de la frita son entonces fundidos sobre el substrato mediante un procesado termal subsiguiente a entre 420ºC y 460ºC.

El documento US-A-4306012 concierne a un método de impresión serigráfica usando un medio de impresión curable por radiación, que contiene frita de vidrio. La composición es fijada o curada sobre un substrato de cristal, metal o cerámica mediante la exposición a radiación UV o de rayo de elección, y después sometida a un paso de cocción a entre 500ºC y 900ºC con el fin de fundir la frita de vidrio en el substrato.

La solicitud alemana publicada DD-A-215776 divulga un método de marcación en el cual un recubrimiento que contiene un colorante difusor es aplicado a un substrato de cristal, y es irradiado por láser para calentar la superficie de cristal con la forma de la marca a aplicar, de manera tal que el colorante difusor se difunde en la superficie de cristal.

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El método de la presente invención hace posible producir una marca directa y rápida que es indeleble y, por lo tanto, a prueba de abrasión y rayado. Las marcas obtenidas son también resistentes a la corrosión, a disolventes, dimensionalmente estables, libres de deformación, resistentes a la luz, el calor, y la intemperie, fácilmente legible, y tienen un buen contraste y muy buena nitidez del contorno. Además, no hay virtualmente deterioro de las propiedades mecánicas, físicas, y químicas del material marcado, por ejemplo la resistencia mecánica y química.

Se ha encontrado ahora un método flexible que hace posible marcar metales, plásticos, materiales cerámicos, esmaltes, cerámicas vidriadas y cristales sin dañar la superficie de los mismos y sin que el substrato necesite de unos requerimientos específicos, método el cual comprende el uso de materiales orgánicos mezclados o basados en frita de vidrio o de una capa de óxido metálico mezclado para la marcación por láser.

Por consiguiente, la actual invención concierne a un método de marcación por láser de metales, plásticos, materiales cerámicos, esmaltes, cerámicas vidriadas y cristales de cualquier forma deseada que comprende la aplicación al material del substrato de un material de marcación que contiene un reforzador absorbedor de energía, la irradiación entonces de dicha capa de material de marcación con una energía basada en láser o en diodos de manera tal que la radiación es dirigida sobre dicha capa de acuerdo a la forma de la marca a ser aplicada, y el uso de energía basada en láser o en diodos de una longitud de onda que sea suficientemente absorbida por el material de marcación de modo que se produzca una unión sobre el substrato, formando así una capa de marcación encima del substrato.

Breve exposición de la invención

El aspecto principal de la presente invención es el de proporcionar un método para rápidamente, con alta resolución, alto contraste, y permanencia, marcar la superficie de una pieza de trabajo.

Otro aspecto de la presente invención es el de proporcionar un método para irradiar un material de marcación que tiene un reforzador absorbedor de energía, en donde el material de marcación se selecciona del grupo consistente en fritas de vidrio, fritas de vidrio con colorantes de cerámica, y fritas de vidrio con esmaltes de porcelana donde la pieza de trabajo es cristal, cerámica, porcelana, ciertos metales, y ciertos plásticos.

Otro aspecto de la presente invención es el de proporcionar un método para irradiar un material de marcación que contiene óxidos metálicos mezclados donde la pieza de trabajo es metal, cristal, cerámica, porcelana y ciertos plásticos.

Otro aspecto de la presente invención es el de proporcionar un método para irradiar un material de marcación que contiene pigmentos orgánicos mezclados donde la pieza de trabajo es plástico, cristal, cerámica, porcelana y ciertos metales.

Otros aspectos de esta invención aparecerán a partir de la descripción siguiente y de las reivindicaciones adjuntas, con referencia al dibujo adjunto que forma parte de esta memoria donde los mismos caracteres de referencia designan partes equivalentes en el dibujo.

Antes de la presente invención, no existía ningún método rápido y permanente para marcar ciertos materiales de substrato con contraste mejorado y/o color los cuales también permitirían el cambio rápido del contenido y/o información en la marca sin dañar estructuralmente al material de substrato. En teoría, una fuente de energía óptica, correctamente enfocada, podría crear las mismas temperaturas obtenidas mediante hornillos y/o hornos de calcinación utilizados en los procesos convencionales de "cocción" que implican materiales de marcación. La velocidad de los controles de ordenador para la fuente de energía óptica, el mecanismo de gobierno del rayo y el contenido de la marca hacen posible para marcas de color y/o contraste mejorado individuales el unirse a los diversos materiales de substrato en periodos de tiempo extremadamente cortos sin daños estructurales de una manera no conseguida por ningún otro proceso de marcación o decoración. La amplia variedad de materiales de marcación permite producir imágenes con propiedades ópticas variables incluyendo, pero no limitado a, contraste, color, reflectancia, difracción; y propiedades físicas variables incluyendo, pero no limitado a, grueso, durabilidad, estabilidad, forma estructural y conductividad eléctrica.

El presente proceso inventivo de marcar permanentemente de materiales será especialmente útil en la marcación de cristal, cerámica, porcelana, y otros materiales frágiles cuya estructura superficial no pueda soportar el choque térmico de otros métodos de marcación con láser pulsátil de alta potencia comúnmente utilizados. En la presente invención, la imagen resultante en todos los materiales del substrato tiene un contraste y/o color mejorado lo que hace que la marca sea más fácilmente vista y representada por el ojo humano y/o equipo de visión artificial y sea altamente resistente al desgaste químico y mecánico. Esta característica es un gran avance en la marcación de códigos de barra y simbología 2D, mientras que los sistemas de marcación que utilizan solamente láser pulsátil de alta potencia del estado de la técnica no pueden siempre crear marcas de contraste y/o color suficiente.

Esta invención concierne a la unión permanente de materiales coloreados y/o de contraste mejorado a las superficies de varios substratos de cristal, cerámica, porcelana, metal, y plástico usando energía radiante producida mediante, pero no limitada a, fuentes de energía óptica tales como láseres, diodos láser, y diodos directos. La energía radiante del sol, filtrada y enfocada correctamente, podría ser una fuente de energía radiante aceptable. La longitud de onda (\lambda) y la potencia de salida (vatios) de la fuente de energía óptica son determinadas por la combinación de la composición del material de substrato y del material de marcación específico a ser aplicado. Los materiales de marcación son formulados para reaccionar con varios materiales de substrato a ciertas temperaturas. La fuente de energía radiante puede producir las temperaturas requeridas en pequeñas áreas localizadas en microsegundos y crear un ambiente donde ocurrirán las reacciones químicas y mecánicas deseadas. Virtualmente cualquier marca generada por ordenador se puede producir sobre un substrato moviendo el rayo que emana de la fuente de energía radiante sobre el material de marcación en la superficie de la pieza de trabajo usando mecanismos de gobierno de rayo convencionales y/o mecanismos de trazador X-Y y/o moviendo la pieza de trabajo en relación con un rayo estacionario.

El material de marcación se pone en contacto con o se aplica físicamente a la superficie de la pieza de trabajo. El rayo que emana desde la fuente de energía radiante incide sobre el material de marcación, que absorbe la energía radiante y la eleva a la temperatura requerida. Durante la absorción de la energía radiante, por lo menos una porción de los materiales de marcación es excitada, es decir que tiene átomos o moléculas elevados hasta un estado de excitación. [Ver el Webster's Encyclopedic Unabridged Dictionary of the English Language (Portland House, New York, 1989), página 497.] Típicamente, una temperatura de 93º a 816ºC (200º a 1500ºF) se alcanza en aproximadamente de uno a dos microsegundos. Temperaturas exactas son controladas por la potencia de salida de la fuente de energía radiante y la posición física del material de marcación en relación con el plano central del rayo de energía radiante y la velocidad con la cual el rayo se mueve. Una vez que se alcanza la temperatura requerida, el material de y el substrato marcación se unirán permanentemente el uno con el otro para formar una nueva capa de marcación encima del substrato. La interacción de la energía radiante y el material de marcación se cree que resulta en un recubrimiento inerte mecánica y químicamente unidos al material del substrato. La capa de marcación se cree que forma uniones covalentes con el material del substrato, y se cree que esta unión química excede la resistencia de la unión mecánica. Los materiales de marcación pueden ser formulados para absorber catidades específicas de una longitud de onda específica de la energía radiante.

Los láseres de CO_{2} son capaces de marcar permanentemente materiales de vidrio mediante mediante la aplicación de un choque térmico sobre la superficie causando facetas fracturadas. Estas fracturas son perjudiciales para la integridad estructural del cristal y continuarán propagándose, provocando que caigan astillas fuera de la marca. Además, la marca representada no tiene un contraste mejorado y es difícil de ver o representar. Ciertos materiales orgánicos (madera, plástico, etc.) son marcados fácilmente usando láseres de CO_{2}, pero la marca resultante representada puede solamente tener un color y/o contraste limitado basado en la composición del material y el efecto de la energía láser (causará el quemado de la superficie). Existen un número de materiales plásticos especialmente formulados que cambiarán de color cuando sean expuestos a energía láser específica y producirán una marca de contraste mejorado.

Los láseres Nd:YAG son generalmente capaces de marcar permanentemente una variedad de metales y algunos materiales orgánicos. Sin embargo, la misma variación limitada de color y contraste se aplica aquí. Algunos aceros y otros metales duros pueden ser quemados con una potencia láser suficiente como para producir una marca oscura contra el color de superficie natural. Sin embargo, el calor creado mediante este método provoca que el área que rodea a la marca se oscurezca resultando en un contraste considerablemente reducido.

Además, muy pocas variaciones del color son posibles. La mayoría los diodos directos no pueden producir suficiente calidad o energía del rayo como para conseguir los mismos efectos que los láseres de Nd:YAG.

Las ventajas principales del proceso inventivo son:

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ningún daño estructural a la superficie material del substrato;

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ningún proceso posterior requerido para estabilizar la marca acabada;

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variedad amplia de colores, de contrastes y de características físicas;

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alta resolución para la marca representada;

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resistencia al desgaste químico y mecánico;

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velocidades de marcación de segundos no de minutos u horas;

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el contenido de la imagen se puede cambiar a velocidades de ordenador; y

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las marcas individuales pueden ser automatizadas completamente.

Las características del proceso inventivo que se creen nuevas son:

1)

El uso de radiación basada en láser o diodos para rápidamente elevar la temperatura del material de marcación encima del substrato para formar una nueva capa de marcación encima del substrato.

2)

Un solo barrido del rayo láser es todo lo que se requiere.

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3)

Seleccionar los materiales de marcación especialmente formulados para reaccionar con los materiales del substrato específicos usando la radiación basada en láser o en diodos como catalizador.

4)

La velocidad con la cual la marca puede ser producida.

5)

La velocidad producida con la cual el contenido de la marca puede ser cambiada.

6)

Método de entrega de material de marcación a la superficie del substrato.

7)

Las marcas pueden ser aplicadas al cristal u otras superficies frágiles sin fracturarlas.

8)

Contraste y/o color de la marca mejorados.

9)

Imágenes de dos, tres, o cuatro colores pueden ser marcadas con calidad casi fotográfica.

10)

Eliminación de cualquier paso de cocción de la pieza de trabajo entera.

11)

Capacidad de primero cortar y extraer (si se desea) y después marcar los substratos seleccionados para crear marcas de alto contraste 3D con un proceso sencillo de dos etapas.

12)

Usar materiales de marcación relativamente baratos, poco contaminantes (fritas de vidrio, óxidos de metal mezclados, o pigmentos orgánicos mezclados) en vez de óxidos de plata u otros materiales de alto coste y altamente tóxicos.

13)

Una resolución más alta de la máscara representada (>394 puntos por cm (>1000 puntos por pulgada)).

Ejemplos y Figuras

En todas las figuras abajo enumeradas, las marcas resultantes fueron producidas con marcadores láser Nd:YAG comercialmente disponibles como los fabricados, por ejemplo, por Lumonics Corporation, A B Láseres, Inc., Controláser, Inc., y/o Rofin Sinar, Inc. con capacidad de potencia y configuraciones ópticas capaces de proporcionar los parámetros referidos del marcador. En todos los ejemplos el marcador láser utilizado produjo un tamaño de punto de 100 a 125 \mum (micras), y la superficie de la pieza de trabajo fue colocada de 2mm a 3mm por debajo del plano central del rayo láser. En las Figs. 2 a 8 el material de marcación fue aplicado manualmente usando un cepillo suave con grosores resultantes que variaban entre 75 y 125 \mum (micras), en la superficie de la pieza de trabajo.

La Fig. 1 es una fotografía de una etiqueta de transferencia que utiliza frita de cristal de Cerdec™ 29-2702 que contiene reforzadores absorbedores de energía como material de marcación con un grueso de aproximadamente 250 \mum (micras) y una pieza de trabajo portaobjetos de microscopio de vidrio de sosa y cal después del proceso inventivo. La marca izquierda fue producida usando 5 vatios de energía CW con una velocidad del rayo de 200 mm/segundo exhibiendo un alto contraste desde todos los ángulos de visión sin daño perceptible en la superficie de la pieza de trabajo. La marca derecha fue producida usando los mismos ajustes del láser excepto por la velocidad del rayo que fue de 300 mm/segundo dando por resultado un contraste disminuido.

La Fig. 2 es una fotografía de una pieza de trabajo de acero inoxidable que tiene la marca más superior producida usando el óxido de metal mezclado Amber Satín de Cerdec™ 29-1777 mezclado con una relación de 1/1 en peso con aceite mineral como el material de marcación con el proceso inventivo y exhibiendo un alto contraste desde todos los ángulos de visión sin daño perceptible en la superficie de la pieza de trabajo. La marca fue producida usando 5 vatios de energía CW con una velocidad de rayo de 200 mm/segundo. La marca inferior fue producida usando los mismos ajustes del láser sin el proceso inventivo dando por resultado solamente un proceso láser ablativo y una marca de contraste variable que es totalmente dependiente del ángulo de visión.

La Fig. 3 es una fotografía de una pieza de trabajo de acero inoxidable pulido que tiene la marca producida usando el óxido de metal mezclado de Cerdec™ 29-1777 mezclado con una relación de 1/1 en peso con el aceite mineral como el material de marcación con el proceso inventivo y exhibiendo un alto contraste desde todos los ángulos de visión sin daño perceptible en la superficie de la pieza de trabajo. La marca fue producida usando 5 vatios de energía CW con una velocidad de rayo de 200 mm/segundo.

La Fig. 4 es una fotografía de una pieza de trabajo de aluminio que cuya marca se produjo usando 10 partes de Cerdec™ 29-1060 de óxido metálico mezclado combinado con 1 parte de óxido metálico mezclado Cerdec™ 29-1777 y después mezclado con una relación de 1/1 en peso con aceite mineral como el material de marcación con el proceso inventivo y exhibiendo un alto contraste desde todos los ángulos de visión sin daño perceptible en la superficie de la superficie de la pieza de trabajo. La marca fue producida usando 5 vatios de energía CW con una velocidad de rayo de 200 mm/segundo.

La Fig. 5 es una fotografía de una pieza de trabajo de cerámica de alúmina cuya marca se produjo usando frita de vidrio Cerdec™ 24-2702 que contiene reforzadores absorbedores de energía mezclados con una relación de 1/1 en peso con aceite mineral como el material de marcación con el proceso inventivo y exhibiendo un alto contraste desde todos los ángulos de visión sin daño perceptible en la superficie de la superficie de la pieza de trabajo. La marca fue producida usando 5 vatios de energía CW con una velocidad de rayo de 200 mm/segundo.

La Fig. 6 es una fotografía de una bombilla de cristal de cuarzo cuya marca se produjo usando frita de vidrio Cerdec™ 24-2702 que contiene reforzadores absorbedores de energía mezclados con una relación de 1/1 en peso con aceite mineral como el material de marcación con el proceso inventivo y exhibiendo un alto contraste desde todos los ángulos de visión sin daño perceptible en la superficie de la superficie de la pieza de trabajo. La marca fue producida usando 5 vatios de energía CW con una velocidad de rayo de 200 mm/segundo.

La Fig. 7 es una fotografía de un portaobjetos de microscopio de vidrio de sosa y cal cuya marca se produjo usando frita de vidrio Cerdec™ 24-2702 que contiene reforzadores absorbedores de energía mezclados con una relación de 1/1 en peso con aceite mineral como el material de marcación con el proceso inventivo para formar una marca de simbología 2D con caracteres alfanuméricos y exhibiendo un alto contraste desde todos los ángulos de visión sin daño perceptible en la superficie de la superficie de la pieza de trabajo. La marca fue producida usando 5 vatios de energía CW con una velocidad de rayo de 200 mm/segundo, con un grosor medio de aproximadamente 3 \mum (micras) y un grosor máximo de aproximadamente 14 \mum (micras). Se obtienen resultados similares al usar el proceso inventivo sobre otros materiales de substrato.

La Fig. 8 es una fotografía de un trozo de cristal de pantalla de panel plano de borosilicato cuya marca se produjo usando frita de vidrio Cerdec™ 24-2702 que contiene reforzadores absorbedores de energía mezclados con una relación de 1/1 en peso con aceite mineral como el material de marcación con el proceso inventivo para formar una marca de simbología 2D con caracteres alfanuméricos y exhibiendo un alto contraste desde todos los ángulos de visión sin daño perceptible en la superficie de la superficie de la pieza de trabajo. La marca fue producida usando 5 vatios de energía CW con una velocidad de rayo de 200 mm/segundo

La Fig. 9 es una diagrama que muestra los parámetros del marcador láser usados para producir marcas en una variedad de materiales de substrato.

La Fig. 10 es un dibujo del proceso de invención en acción.

Antes de explicar la realización expuesta de la presente invención detalladamente, debe entenderse que la invención no está limitada en su aplicación a los detalles de la disposición particular mostrada, puesto que la invención es capaz de adoptar otras realizaciones. También, la terminología usada aquí tiene un propósito de descripción y no de limitación.

Descripcion detallada de las realizaciones preferidas

Abajo siguen algunas definiciones básicas según se utilizan aquí:

Esmalte de cerámica y porcelana: Un cristal fundido de manera suave similar en todos los casos y como otros vidriados de cerámica, compuesto de flujos y silicatos de aluminio. Los esmaltes de porcelana se utilizan típicamente sobre superficies metálicas.

Fritas de vidrio: Material de cristal pre-fundido que se produce mediante un fritado (el rápido enfriamiento del material vidrioso fundido), y se muele después hasta obtener un polvo. Las fritas se emplean típicamente como componente en un esmalte.

Óxidos de metal mezclados: Un compuesto óxido que consiste en más de un óxido de metal.

Las fritas de vidrio se componen generalmente de óxidos alcalino-metálicos, óxidos metálicos de tierra alcalina, sílice, óxido bórico y óxidos de metal de transición. En concreto, se conoce información adicional sobre los materiales de marcación Cerdec™ 29-1060 Amber stain, que contienen sulfuro de plata, cobre, óxido de cobre, sulfato de bario, sulfuro de hierro, hidróxido de calcio y sílice cristalina. También, el Cerdec™ 29-1777 Amber stain se sabe que contiene sulfuro de plata, óxido de cobre, sulfuro de cobre-hierro y arcilla de caolín. También, el Cerdec™ 29-346 Amber stain se sabe que contiene cobre, óxido de cobre, sulfuro de plata, sulfato de bario, sulfato de hierro, óxido de hierro, y sílice cristalina. También, el Cerdec™ 24-2702 black satín se sabe que contiene frita de borosilicato de plomo, pigmento negro C.I. 27 (que contiene compuestos de cobalto, compuesto de cromo de óxido de hierro), pigmento negro C.I. 30 (que contiene níquel, compuestos de manganeso y cromo y óxido de hierro) y pigmento azul C.I. 72 (que contiene compuesto de cobalto).

Materiales comparables de frita de vidrio y óxido de metal mezclado se pueden conseguir a través de fabricantes tales como Bayer Company, Cookson Matthey Zircon, Ferro Corp., Cerdec Corp., E.I. duPont de Nemours & Co., Hoechst Celanese Corp., y Dow Chemical Co.

El método de esta invención es especialmente conveniente para la marcación de metales, plásticos, cristales, y cerámicas vidriadas. Las cerámicas vidriadas y los cristales son bien conocidos para la persona experta en la técnica y descritos, por ejemplo, en Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 4th edition, Vol. 12, pp. 317-366.

Por materiales de cerámica se entienden los materiales inorgánicos, no metálicos, de alta fusión que son generalmente referidos en la literatura como cerámicas de arcilla y cerámicas especiales. Ejemplos de ellos son óxidos en forma cristalina o vidriosa, es decir aluminosilicatos o aluminoboratos alcalino-metálicos o metálicos de tierra alcalina, así como no óxidos tales como carburos, nitruros, y siliciuros. Para otros ejemplos, se atrae la atención a Ullmanns Enzyklopädie der techn. Chemie, 4th Edition, Vol. 13, pp. 712-716.

Los esmaltes se clasifican químicamente como sigue:

1.

Bases, los agentes de flujo conspicuos, representados por óxidos alcalino-metálicos, óxidos metálicos de tierra alcalina, óxido de cinc, óxido de plomo y muchos óxidos colorantes o cromoforos.

2.

Intermedios, que incluye óxidos amfóteros, un grupo de los cuales la alumina es el ejemplo común y al cual se asignan a veces los óxidos férrico, crómico, mangánico, y otros. El ácido bórico es a veces considerado un miembro de este grupo.

3.

Ácidos, a los cuales el silicio, el óxido fosofórico, la circonia y la fluorinae pertenecen.

Los esmaltes son recubrimientos vidriosos aplicados a un material de cerámica y que tienen una composición muy similar a la del cristal (op. Cit., pp. 722-724). Ejemplos típicos de esmaltes son los que consisten en cuarzo, arcilla, óxidos alcalino-metálicos, óxidos de metal de tierra alcalina, y óxidos de baja fusión (tales como Na_{2}O, K_{2}O, CaO, BaO, y PbO) como flujos.

Dependiendo de la utilidad, los materiales a ser marcados pueden ser descoloridos, blancos, negros o coloreados con un pigmento conveniente en los cuales la capa de marcación resultante proporciona además contraste o los cuales contienen un pigmento (es decir colorante de metal, cristal, cerámica u orgánico).

En la práctica de esta invención, el láser o el diodo utilizado debe proporcionar un nivel de energía relativamente bajo de 1 a 20 vatios en la superficie de la pieza de trabajo que se marcará. Los sistemas de marcación comercialmente disponibles y convencionalmente accionados por láser que funcionan o bien con onda continua o en modo pulsátil pueden ser utilizados. Por ejemplo, un láser pulsátil Nd:YAG con una capacidad máxima de 100 vatios y duraciones de pulso de 5 a 200 microsegundos a una frecuencia de 20 kHz o superior podría ser utilizado. Sin embargo, el uso de este tipo de láser requeriría la reducción del efecto de la energía radiante usando aberturas mecánicas y/o filtros de densidad neutral y/o desenfocando el rayo en la superficie de la pieza de trabajo como se muestra en la Fig. 10.

La pieza de trabajo ilustrada en la Fig. 7 fue creada usando un marcador láser Nd:YAG de haz emisor reforzado de lámpara Lumonics Lightwriter™ configurado con una abertura mecánica de 2mm y un polarizador que produjo un rayo CW enfocado aproximadamente 100 mm por una lente de campo plano de 100 mm a un tamaño de punto de aproximadamente 125 \mum (micras) con potencia medida de 5 vatios y que fue movido por un mecanismo de gobierno de rayo a una velocidad de 200mm/segundo.

Además, se ha utilizado un láser bombeado diodo de Uniphase Stablite™ Nd:YAG que produjo un haz de 700 \mum (micras) de diámetro enfocado utilizando una lente de 50 mm con un tamaño del punto de 90 (micras) con una energía medida de 3.1 vatios y movida manualmente a una velocidad de aproximadamente 50 mm/segundo.

En la Fig. 10, el rayo láser convencionalmente accionado 100, 105 es desenfocado en la superficie 109 del objeto 106 permitiendo que el rayo láser 100 pase a través del plano focal 102 y afectan sobre la marca 103 aplicada a la superficie109 del objeto 106. Se ha demostrado que colocando el objeto según lo demostrado debajo del plano focal usando la energía 105 (radiación divergente) es preferible sobre el uso de la radiación convergente de la energía 100 sobre el plano focal 102. El punto que resulta 104 tiene un diámetro d1 en el modo preferido de 5 a 200 \mum (micras). La dirección del movimiento 108 del rayo láser de divergencia 105 en la superficie del material de la marca de los 103 demostrados. Un mecanismo de manejo del haz 110 lo mueve. La capa consolidada que resulta que abarca la marca 107 se muestra en contraste con la marca no irradiada restante 103 en la superficie 109 del objeto 106.

En la realización preferida de esta invención, se utiliza un láser refrigerado menos costoso, de menor alcance que consume considerablemente menos energía eléctrica, tal como un diodo directo o diodo bombeado láser. Los resultados óptimos se obtienen generalmente usando de 5 vatios una energía media con un tamaño del punto de 125 \mum (micras) que se mueve a una velocidad de 200 mm/s a través de la superficie del material de la marca.

Láseres cuyos parámetros se pueden ajustar fácilmente, por ejemplo, contenido y la duración del pulso, permiten la mejor adaptación posible a las exigencias del material a marcar 103 y a la composición del objeto 106 que se marcará. En ningún caso es necesario un precalentamiento del objeto 106. La energía de radiación adecuada es aquella en la que el material a marcar absorbe la energía de la manera más eficiente. Una ventaja principal de la presente invención es que se requiere una única etapa de irradiación con un haz para su puesta en práctica. En todos los experimentos el proceso inventivo fue puesto en práctica a una temperatura ambiente de aproximadamente 21ºC (70ºF). Además, se cree que tanto los materiales calientes como fríos del substrato se pueden marcar durante su producción usando el proceso inventivo.

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En un ejemplo de realización alternativo de la invención, la pieza de trabajo puede desplazarse bajo un rayo láser inmóvil a velocidades relativas similares para producir la marca deseada.

Preferiblemente, las velocidades relativas enseñadas aquí son ejecutadas por el uso de un mecanismo de movimiento de la pieza de trabajo controlado por una computadora (no mostrado) por ejemplo, de un X-Y y/o de una etapa rotatoria usando los motores de pasos y/o servo como facilita Newport Corporation y/o un mecanismo de manejo del haz (no mostrado) por ejemplo la cabeza de exploración del HPMT usando los galvo-espejos como provee General Scanning, Inc. Alternativamente, el manejo del haz se puede efectuar, por ejemplo, de forma acústico-óptica, holográfica, o por escáneres poligonales.

Las combinaciones preferidas de los materiales de marcación y de la composición de la pieza de trabajo se enumeran abajo:

TABLA I

materiales de marcación	materiales del substrato
frita de vidrio con reforzadores de absorción de	cristal, cerámica, porcelana y algunos metales que
energía y/o pigmentos que incluyan esmaltes de	incluyan aluminio, latón, acero y acero inoxidable
porcelana
óxidos de metales mezclados con reforzadores	metales que incluyan aluminio, latón, cobre, níkel,
de absorción de energía y algunos colorantes o	estaño, acero, acero inoxidable y algunos cristales,
pigmentos	cerámicas y plásticos.
pigmentos orgánicos mezclados con reforzadores	plásticos incluyendo ABS, PVC, Nylon®, Delrin®
de absorción de energía.	Teflón® y Plexiglas®

El uso de y/o la combinación de diversas composiciones del material de marcación, los segundas y/o subsecuentes aplicaciones del material de marcación y/o el ajuste de los parámetros del láser darán lugar a variaciones en la durabilidad, el aspecto, y la forma estructural de la marca que resulta. Así, una persona experta en el arte de la marca con láser puede crear una variedad amplia de características de la marcación para satisfacer sus requisitos. Todas estas características de la marca se pueden alcanzar con el uso de un solo láser de diodo de baja potencia, barato y con refrigeración de aire. Además, una variedad infinita de colores puede ser alcanzada. Estas características son un avance anticipado significativo en el estado de la técnica de la marcación de superficies.

La preparación del material de marcación, en forma líquida, puede, por ejemplo, puede hacerse llevando a cabo un mezclado mecánico de bajo esfuerzo cortante alto, un mezclado mecánico de alto esfuerzo cortante, un mezclado ultrasónico y/o moler. El material de marcación, en forma líquida, se puede aplicar manualmente o automáticamente a la superficie del substrato en el grueso deseado mediante: a) pintando manualmente sobre la superficie; b) cepillándolo o rodándolo mecánicamente sobre la superficie; c) rociándolo sobre la superficie; d) con cojín o pantalla que imprime el sobre la superficie; o e) sumergiendo la superficie y después raspando sobre la superficie del material de marcación por guías de grosor deseado o girando el substrato para alcanzar el grosor deseado. El material en exceso no ligado a la superficie puede quitarse mediante procesos convencionales de limpieza. En usos en grandes cantidades, el material de marcación no utilizado puede recuperarse en el proceso de limpieza y reutilizarse.

El material de marcación en forma sólida puede ponerse en contacto con la superficie del substrato manualmente o automáticamente en el grueso deseado mediante: a) sensibilidad a presión, etiquetas levemente auto-adhesivo; o b) cinta no adhesiva presionada contra la superficie del substrato por un aparato mecánico. La fabricación de la etiqueta y de la cinta asegura el grueso y la composición apropiados y uniformes del material de marcación puesto en contacto con la superficie del substrato. Materiales adicionales usados en la aplicación del material de marcación en forma líquida o en la fabricación del material de marcación y/o etiquetas se vaporizan substancialmente en humo y se retiran mediante ventilación del substrato. Un flujo de aire laminar a través de la superficie de la pieza de trabajo es creado por tal ventilación y/o el equipamiento completo que asegura un entorno local conveniente para que el proceso inventivo pueda ocurrir.

Medio de marcación de transferencia

En un aspecto particular, la invención proporciona medios de marcación para ser usados en el proceso de marcación con láser.

Estos medios incluyen un portador al que se aplican o en el que se incorpora el material de marcación. De relevancia particular son la sensitividad a la presión, auto-adhesivos o cinta o etiquetas que se podrán en contacto con la superficie del substrato por un aparato mecánico. Los portadores convenientes son, por ejemplo, papel y plástico flexible como poliéster, polietileno, y películas de polipropileno.

Los materiales de marcación pueden formularse para una composición de recubrimiento que está revestido sobre la superficie del portador. La composición puede, por ejemplo, ser una composición adherente sensitiva a la presión. Alternativamente, el material de marcación puede, por ejemplo, estar incorporado en la película de polímero flexible del portador tal como poliéster, polietileno, o polipropileno.

El material de marcación puede también presentarse en forma de los llamados esmaltes de cristal. Estos esmaltes incorporan generalmente frita de vidrio con o sin plomo, un colorante y/o frita de vidrio coloreada y un portador orgánico.

Estos esmaltes son aplicados de manera convencional sobre cristal o cerámica o otros substratos no porosos y encendidos a temperaturas de alrededor de 600º 900ºC parra fusionar el esmalte a la superficie de la pieza de trabajo (substrato). En la presente invención, el esmalte puede revestir con el grueso deseado al portador deseado para formar el medio de marcación de transferencia.

El medio de marcación de transferencia que contiene al material de marcación puede ser recubierto sobre el mismo o incorporado dentro del mismo y puesto entonces en contacto con la superficie del substrato para que éste se marque y en contacto con la energía del láser o del diodo para llevar a cabo el marcaje necesario. Después de la aplicación de la energía basada en el láser o en el diodo, el exceso de material de marcación se elimina del substrato cuando el portador se separa de la superficie del substrato.

Los materiales de marcación pueden definirse como los materiales que, cuando se aplica suficiente energía del láser o diodo para producir el calor necesario, se fusiona al cristal o cerámica o otros substratos no porosos y proporciona una marca de color y/o contraste reforzados en el substrato. Las fritas de vidrio de baja temperatura pueden usarse solas o combinadas con otros materiales.

Ejemplos de los pigmentos inorgánicos convenientes que podrían ser utilizados se describen en Ullmanns
Enzyklopädíe der Techn. Chemie, 4th Edition, Edition, vol. 14, pp. 1-12, y en la publicación de la asociación de los fabricantes secos del color Asociación (DCMA) "Classification and Description of the Mixed Metal Oside Inorganic Colored Pigments", segunda Edición, enero de 1982. Estos pigmentos son "colorantes de cerámica:", por ejemplo, compuestos de los óxidos de diversos elementos de la transición o compuestos de óxidos de los elementos de la transición y de los óxidos de metal de los elementos de los grupos principales del sistema periódico, e.g:, teniendo estructura espiniforne, y también compuestos tales como silicato del circonio, óxido de circonio u óxido de latón, la red cristalina que contiene iones de metales de transición o de metales terrosos raros, como e.g, azul del vanadio en circonio, amarillo de preseodimo en circonio y hierro rosa en circonio, o los sulfuros de cadmio y los sulfoselénides de cadmio así como los pigmentos de la inclusión que contienen tales compuestos, e.g, basados en el silicato del circonio, el óxido de latón, el óxido de circonio o el cuarzo.

Los ejemplos de colorantes de cerámica típicos son aluminatos de cobalto, esfera rosa de latón de cromo, casiterita de la orquídea de la lata del cromo, tír. vanadiu.^.: yello\bullet:\sim, amarillo del preseodyne del circonio, color de rosa del hierro del circonio, los sulfoselenídes del cadmio y los sulfuros de cadmio y los compuestos de la inclusión que los contienen, e.g., silicato del circonio, óxido de la \bullet-lata, óxido 30 del circonio o cuarzo; cobre-rojo, manganese.pínk, colcothar, el marrón del óxido del hierro pigmenta tales óxidos del hierro de los a``s, hierro-cromo spínels del alúmina, spínels del manganeso-alu'mina, spínels del vino-cromo, rubíes sintéticos del hierro-alumina, rubíes sintéticos del cinc-hierro, rubíes sintéticos del ixon del níquel, rubíes sintéticos del manganeso-cromo, spínels del cinc-hierro-cromo, dióxido y títanates, e_g., titanate del niquel-antimonio, titanate del cromo-antimonio o titanate del óxido de la lata, titanium del manganeso-antimonio. Los pigmentos preferidos son amarillo del vanadio del circonio, amarillo del preseodyme, los pígments del marrón del óxido del hierro tales como color de rosa del hierro de los rubíes sintéticos y del zirconíura del cinc-hierro-cromo, dióxido del titanio 10, titanatos, sulfuros de cadmio y sulfoselenides del cadmio así como los pígmentos de la inclusión que contienen tales compuestos. Los ejemplos del láser o de las fuentes de energía basadas diodo que se utilizarán son haber pulsado de estado sólido y/o A LA DERECHA láseres tales como láseres del rubí 15 o los láseres multiplicados frecuencia de Nd:YAG, láseres pulsados con el aumentador de presión tal como láseres del tinte o desplazador pulsados de Raman, y también continuo-agitan los láseres con las modificaciones del pulso (Qswitch, armario del modo), por ejemplo, en base A LA DERECHA de los láseres de Nd:YAG con el multiplicador o A LA DERECHA los láseres del ion (Ar, KR), 20 de la frecuencia _ así como los láseres pulsados del vapor del metal; por ejemplo, láseres de cobre del vapor o láseres del vapor del oro, o láseres pulsados de gran capacidad del semiconductor, y láseres también pulsados del gas tales como C02 y excímer. Cuál los vatios de baja potencia de un síx), 25 baratos continuo-agitan el láser del diodo. Cualesquiera de los otros láseres de una energía más alta necesitan tener la energía atenuada parcialmente por medios sabidos incluyendo aberturas y/o filtros de la neutral-densidad y/o polarizadores y/o espejos mecánicos de la bajo-eficacia. La longitud de onda a ser seleccionado por el láser o el diodo 30 basó los de la fuente de energía que en cuál el reforzador absorbente de la energía absorbe la radiación lo más eficientemente posible. esté marcado uniformemente revestido; el material de la marca de tñe y los pasos radiantes de la energía a través de una máscara fija, de los datos del específico 5 y afecta sobre el material de la marca para producir la marca deseada; y b) el método de la punto-matriz por el que el área que se marcará esté cubierta uniformemente con el material de la marca y la energía radiante pase a través de una computadora controlada, los datos cambiables, máscara de la punto-matriz y afecta sobre el material de la marca del IO para producir la marca deseada; y c) el método de la desviación de por el que el área ser marcada cubiertos uniformemente con el material de la marca y la energía radiante pase a través de una cabeza del manejo del haz y afecte sobre el material de la marca para producir la marca deseada; y d) ES X - método del trazador de Y por el que el área que se marcará esté cubierta uniformemente con el material de la marca y la energía radiante se mueve en un tipo X del pórtico - mecanismo de Y que utiliza los espejos y/o la fibra- óptica y afecta sobre el material de la marca para producir la marca deseada; y e) la pieza que mueve el método 20 por el que el área que se marcará esté cubierta uniformemente con el material de la marca y el objeto que se marcarán se mueve usando un X - etapa conducida motor de Y bajo haz inmóvil que afecte sobre el material de la marca para producir la marca deseada; y f) el método de la irradiación del área por el que el material específico de la marca de 25 datos esté aplicado uniformemente a la superficie del objeto y del ejemplo específico de la marca de los datos ' es medios irradiados del de un manejo del mecanismo del haz o por medio de mover el objeto bajo haz inmóvil. En los métodos b), c), d), e) y f preferiblemente del láser combinaron con un sistema de la marca del láser de modo que la marca donde el rayo láser pulsa el material de la marca de la manera mas eficiente posible. En un particularmente aspecto importante de la invención, 5 los materiales de la marca se pueden formular para absorber una banda estrecha de longitudes de onda, e. g., aproximadamente una \mum (micra), y el molino reaccionan con el material del substrato cuando se alcanzó la temperatura apropiada. De esta manera, una sola fuente de energía óptima (láser o diodo) se puede emplear para marcar todos los materiales.

Aunque la actual invención se ha descrito referente a realizaciones preferidas, numerosas modificaciones y variaciones pueden ser introducidas.

No se intenta o desea inferir ninguna limitación con relación a las realizaciones especificas explicadas aquí.

Claims (24)

1. Un método de marcación química activada térmicamente comprendiendo las etapas de:

aplicar un material de marcación que contiene un reforzador absorbedor de energía o un componente reforzador de la absorción de energía, en donde el material de marcación se selecciona entre frita de vidrio, una mezcla de óxido métálico y un pigmento orgánico; y

irradiar dicho material de marcación con un haz de energía radiante que aporta un nivel de energía comprendido entre 1 y 20 vatios en la superficie del substrato a marcar y tiene una longitud de onda seleccionada para excitar el reforzador absorbedor de energía o componente reforzador de la absorción de energía para unir el material de marcación al substrato, formando con ello una capa unida en la forma de un relieve sobre el substrato, proporcionando la capa de marcación un contraste realzado o una marca de color, o ambos sobre el substrato.

2. Un método según la reivindicación 1, en donde el material de marcación se aplica al substrato en una capa, la capa se irradia de acuerdo con la forma de la marca que se aplicará, y el exceso del material de marcación no unido al substrato se quita del substrato.

3. Un método según la reivindicación 1, en donde el material de marcación se aplica a un soporte portador, el cual se pone en contacto con el substrato, el soporte portador se irradia de acuerdo con la forma de la marca que se aplicará, y el exceso del material de marcación no unido al substrato es quitado del substrato separando el soporte portador del substrato.

4. Un método según la reivindicación 1, en donde el material de marcación se aplica al substrato de acuerdo con la forma de la marca que se aplicará, y el material de marcación aplicado se irradia.

5. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el material de marcación es una frita de vidrio que contiene un reforzador absorbedor de energía.

6. Un método según la reivindicación 5, en donde el substrato es un substrato de vidrio o metálico.

7. Un método según la reivindicación 5 ó la reivindicación 6, en donde el material de la frita de vidrio comprende borosilicato de vidrio y el reforzador absorbedor de energía comprende negro de carbón.

8. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en donde el material de la frita de vidrio comprende un colorante o un pigmento.

9. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el material de marcación es una mezcla de óxido metálico que contiene un reforzador absorbedor de energía.

10. Un método según la reivindicación 9, en donde el substrato es un substrato metálico o es un substrato seleccionado del grupo consistente en aluminio, latón, cromo, cobre, níquel, acero, acero inoxidable, estaño, cristal, cerámica, porcelana, y plástico.

11. Un método según la reivindicación 9 o la reivindicación 10, en donde el reforzador absorbedor de energía comprende negro de carbón.

12. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en donde la mezcla de óxido metálico comprende un colorante o un pigmento.

13. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el material de marcación es una mezcla de pigmento orgánico que contiene un reforzador absorbedor de energía.

14. Un método según la reivindicación 13, en donde el substrato es un substrato plástico.

15. Un método según la reivindicación 13 o la reivindicación 14, en donde el reforzador absorbedor de energía comprende negro de carbón.

16. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el material de marcación es un material de pigmento orgánico que contiene un pigmento orgánico absorbedor de energía.

17. Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el material de marcación tiene un grueso de entre 5 y 500 micrómetros.

18. Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además el paso de proporcionar un flujo de aire laminar a través del substrato durante el paso de irradiación.

19. Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además el paso de comenzar a una temperatura ambiente de 21ºC (70ºF).

20. Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el rayo de energía radiante comprende además un rayo láser que tiene un nivel de energía de entre 1 y 30 vatios, un tamaño de punto de entre 5 y 200 micrómetros, y una velocidad de marcación a lo largo del substrato de entre 25 y 1000 mm/s.

21. Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la fuente de energía radiante es un láser de onda continua o de diodo pulsátil.

22. Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la capa de marcación exhibe un alto contraste desde todos los ángulos de visión sin daño perceptible a la superficie del substrato.

23. Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde dicho material de marcación está en forma líquida.

24. Un material de substrato marcado por láser mediante el método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes.