RU2652311C2 - Способ лазерной маркировки полимерного контейнера - Google Patents

Способ лазерной маркировки полимерного контейнера Download PDF

Info

Publication number
RU2652311C2
RU2652311C2 RU2016132448A RU2016132448A RU2652311C2 RU 2652311 C2 RU2652311 C2 RU 2652311C2 RU 2016132448 A RU2016132448 A RU 2016132448A RU 2016132448 A RU2016132448 A RU 2016132448A RU 2652311 C2 RU2652311 C2 RU 2652311C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
marking
container
image
laser radiation
diameter
Prior art date
Application number
RU2016132448A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016132448A (ru
Inventor
Сергей Георгиевич Горный
Алексей Олегович Доброхотов
Марк Вячеславович Клабуков
Константин Владимирович Юдин
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Центральный Научно-Исследовательский Институт Лазерного Оборудования И Технологий"
Марк Вячеславович Клабуков
Алексей Олегович Доброхотов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Центральный Научно-Исследовательский Институт Лазерного Оборудования И Технологий", Марк Вячеславович Клабуков, Алексей Олегович Доброхотов filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Центральный Научно-Исследовательский Институт Лазерного Оборудования И Технологий"
Priority to RU2016132448A priority Critical patent/RU2652311C2/ru
Publication of RU2016132448A publication Critical patent/RU2016132448A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2652311C2 publication Critical patent/RU2652311C2/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C71/00After-treatment of articles without altering their shape; Apparatus therefor
    • B29C71/04After-treatment of articles without altering their shape; Apparatus therefor by wave energy or particle radiation, e.g. for curing or vulcanising preformed articles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41MPRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/26Thermography ; Marking by high energetic means, e.g. laser otherwise than by burning, and characterised by the material used

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Thermal Transfer Or Thermal Recording In General (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу изготовления полимерного контейнера с маркировкой. Предварительно определяют разрешение lpi изображения маркировки в двух взаимно-перпендикулярных направлениях из соотношения: lpi=Lи/(d⋅k1⋅k2) точек/мм, где Lи - линейный размер изображения маркировки на конечном изделии, мм; d - диаметр перетяжки лазерного излучения, мм; k1 - коэффициент увеличения диаметра контейнера по сравнению с заготовкой; k2 - коэффициент свойств материала контейнера, определяемый как k2=D/d, где D - диаметр сферолитов, образовавшихся в приповерхностном слое контейнера после термомеханического воздействия на заготовку, d - диаметр перетяжки лазерного излучения. Осуществляют воздействие сфокусированным лазерным излучением по заданному рисунку изображения маркировки на заготовку полимерного контейнера, нагретую до температуры, равной (0,3-0,4)⋅Tc, где Tc - температуры стеклования материала контейнера, °С, при энергии лазерного излучения, меньшей порога абляции. Затем формируют контейнер термомеханическим воздействием на заготовку с нанесенным изображением маркировки. Способ требует меньшей затраты энергии и позволяет сократить время нанесения изображения маркировки. 10 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 пр.

Description

Способ лазерной маркировки полимерных контейнеров относится к лазерным методам нанесения алфавитно-цифровой или графической информации на изделия из термопластичных полимеров, материал которых полностью или частично прозрачен для излучения инфракрасного диапазона, и изделий, получаемых из заготовки (преформы) меньшего размера за счет термомеханического воздействия.
Способ лазерной маркировки полимерного контейнера (см. заявка ЕР 0558705, МПК B23K 26/08, опубликована 08.09.1993), включающий программируемую обработку боковой поверхности контейнера излучением лазера путем испарения части материала стенки контейнера при одновременном вращении контейнера вокруг его оси.
Недостатком известного способа лазерной маркировки является снижение прочности стенки контейнера в местах маркировки, учитывая, что в интересах экономии и экологии стремятся уменьшить толщину стенок контейнера.
Известен способ лазерной маркировки полимерного контейнера, имеющего по меньшей мере полиолефиновую поверхность (см. патент US4578329, МПК B23K 26/18, опубликован 25.03.1986), включающий облучение поверхности контейнера лазерным излучением в течение времени, достаточного для разложения полиолефина с образованием маркировки черного цвета.
Известный способ имеет ограниченную область применения и достаточно энергозатратный.
Известен способ лазерной маркировки полимерного контейнера, материал которого является прозрачным для электромагнитного излучения на длинах волн в пределах видимой области спектра (см. заявка РСТ WO 09203297, МПК B29C 35/08, B29C 71/04, опубликована 05.03.1992), включающий перемещение по поверхности контейнера сфокусированного лазерного излучения с плотностью энергии в фокусе по меньшей мере 10 Дж/см2, при этом фокусируют лазерное излучение в приповерхностном слое материала контейнера так, чтобы вызвать локальную ионизацию материала в точке фокуса, образуя область повышенной непрозрачности электромагнитного излучения.
Недостатком известного способа лазерной маркировки является необходимость воздействия лазерным излучением на всю область наносимой маркировки, что достаточно энергозатратно и занимает значительное время. Кроме того, имеет место снижение прочности стенки контейнера в местах маркировки.
Известен способ лазерной маркировки полимерного контейнера (см. заявка US 2015352772, МПК B29C 49/24, B29C 49/42, B29D 22/00, B29K 105/00, опубликована 10.12.2015), совпадающий с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Способ-прототип включает воздействие сфокусированным лазерным излучением по заданному рисунку маркировки на заготовку полимерного контейнера при энергии лазерного излучения, меньшей порога абляции, и последующее формование контейнера термомеханическим воздействием на заготовку с нанесенной маркировкой.
Известный способ-прототип позволяет сформировать износостойкую этикетку, обладающую высокой степенью защиты от подделок, сохранить прочность стенки контейнера в местах маркировки, однако процесс маркировки достаточно энергоемок и продолжителен, так как требует осуществлять воздействие лазерным излучением на всю область наносимого изображения маркировки.
Задачей настоящего изобретения является разработка такого способа лазерной маркировки полимерного контейнера, который бы обеспечивал маркировку полимерного контейнера с меньшей затратой энергии и позволял сократить время нанесения изображения маркировки.
Поставленная задача решается тем, что способ лазерной маркировки полимерного контейнера включает воздействие сфокусированным лазерным излучением по заданному рисунку изображения маркировки на заготовку полимерного контейнера при энергии лазерного излучения, меньшей порога абляции, и последующее формование контейнера термомеханическим воздействием на заготовку с нанесенным изображением маркировки. Новым в способе является то, что предварительно определяют разрешение Ipi изображения маркировки в двух взаимно перпендикулярных направлениях из соотношения:
Figure 00000001
точек/мм;
где Lи - линейный размер изображения маркировки на конечном изделии, мм;
d - диаметр перетяжки лазерного излучения, мм;
k1 - коэффициент увеличения линейного размера контейнера по сравнению с заготовкой;
k2 - коэффициент свойств материала контейнера, определяемый экспериментально;
а воздействие сфокусированным лазерным излучением выполняют на заготовку,
нагретую до температуры, равной (0,3-0,4)⋅Tc,
где Tc - температуры стеклования материала контейнера, °C.
Изображение маркировки может быть выполнено в виде информации о торговом наименовании продукта, для которого предназначен полимерный контейнер, о торговом наименовании, химическом составе, сроке годности жидкости или напитка, для которого предназначен полимерный контейнер.
Изображение маркировки может быть выполнено в виде информации о химическом составе и свойствах материала контейнера, его изготовителе, дате его изготовления, а также информацию об утилизации и повторном использовании контейнера.
Изображение маркировки может быть выполнено в виде товарного знака, линейного или двумерного штрихкода, или в виде этикетки.
Предварительный нагрев заготовки полимерного контейнера в указанном выше диапазоне температур позволяет придать длинным молекулам термопластичного материала заготовки (преформы) дополнительную термодинамическую энергию. При этом осуществляют лазерную маркировку не всего поля изображения, а лишь отдельных точек, отстающих друг от друга на эквидистантные расстояния, которые в процессе выдувного формования экструзивного изготовления тары заполняют всю площадь изображения. Нанесенные лазерным излучением точки в приповерхностном слое заготовки (преформы) представляют собой неоднородности, которые при последующей экструзии оказываются центрами кристаллизации сферолитов. Кристалличность материала преформы внутри сферолитов также изменяется в большую сторону относительно остальной поверхности конечного изделия, (обычно - до 28-30%, в области роста сферолитов, и около 20% - в остальной области).
Полученные таким образом неоднородности рассеивают свет, образуя на поверхности изделия контрастное изображение маркировки. Интервал температур предварительного нагрева заготовки обусловлен следующими обстоятельствами. При предварительном нагреве заготовки полимерного контейнера ниже 0,3-0⋅Tc наблюдаются негативные последствия, заключающиеся в дискретности (отсутствии сплошности) изображения маркировки. При предварительном нагреве заготовки полимерного контейнера выше 0,4⋅Tc снижается качество маркировки, так как нанесенные лазерным излучением точки в приповерхностном слое заготовки имеют следы подгорания материала заготовки.
Настоящее изобретение поясняется чертежом, где
на фиг. 1 приведена фотография заготовки для дальнейшего изготовления полимерного контейнера;
на фиг. 2 показана фотография готового полимерного контейнера с нанесенной настоящим способом лазерной маркировкой;
на фиг. 3 в таблице 1 приведены диаметры сферолитов D, образовавшихся в приповерхностном слое контейнера при различной температуре предварительного нагрева.
Настоящий способ лазерной маркировки полимерного контейнера осуществляют следующим образом. Предварительно получают заготовки для изготовления полимерного контейнера (см. фиг. 1). Для каждого используемого при изготовлении контейнера термопластичного материала (например, поливинилхлорида, полипропилена, полиэтилена высокого давления, полиэтилентерефталата) экспериментально определяют коэффициент k2 - коэффициент свойств материала изделия. Затем определяют необходимое разрешение наносимого изображения маркировки, которое обеспечивает контрастное изображение маркировки на изготовленном полимерном контейнере. Для этого наносимое изображение маркировки преобразуют в двумерный 1-битный растр, учитывая относительные размеры заготовки и конечного изделия, параметры пучка лазерного излучения и свойства материала изделия. Разрешение Ipi точек/мм изображения по каждому из двух взаимно перпендикулярных направлений (например, по осям X и Y) определяют из соотношения:
Figure 00000001
точек/мм.
Осуществляют предварительный равномерный нагрев заготовки (преформы) до температуры, равной (0,3-0,4)⋅Tc, при помощи подходящего источника тепла (например, трубчатый электронагреватель-ТЭН, инфракрасный или сверхвысокочастотный излучатели). На нагретую заготовку воздействуют сфокусированным лазерным излучением в соответствии с растром полученного разрешения Ipi, в результате действия которого в приповерхностном слое заготовки формируется предварительное изображение, состоящего из дискретных точек диаметром d', представляющих собой след оптического пробоя сфокусированным импульсно периодическим лазерным лучом в материале изделия, контрастный, по сравнению с необлученным материалом. Затем нагретую до температуры пластификации заготовку помещают в соответствующую форму (пресс-форму) и воздухом, подаваемым под высоким давлением через горло заготовки, растягивает заготовку до необходимых размеров, задаваемыми стенками пресс-формы. Готовый полимерный контейнер (см. фиг. 2) затем может быть заполнен жидкостью или напитком.
Пример. Предварительно были получены идентичные заготовки для изготовления полимерной бутыли из полиэтилентерефталата (ПЭТ) коричневого цвета, который имеет температуру стеклования Tc=96°C. Коэффициент увеличения линейного размера бутыли, по сравнению с заготовкой, k1=5. После такого выдувного формования на полимерной бутыли должно быть получено изображение размером Lи=1 см.
Был проведен подбор температуры предварительного нагрева с целью определения коэффициента свойств материала бутыли k2. Для этого в атмосфере теплого воздуха заготовки были предварительно равномерно нагреты до различных температур предварительного нагрева Тпр, в диапазоне от (0,2-0,5)⋅Tc, т.е. от температуры Tпр=20°C до Тпр=47°C с шагом в 3°C (всего 10 заготовок). В качестве источника лазерного излучения применяли лазер типа «Минимаркер2-М10» со следующими параметрами: длина волны излучения 1,065 мкм, диаметр перетяжки пучка лазерного излучения d=50 мкм, плотность потока мощности 1 мДж/см2. При помощи этого лазера были нанесены тестовая маркировка в виде отдельных точек на каждой из заготовок при каждом значении Тпр. После этого из заготовок термомеханическим воздействием на станке типа ДАКИ АВ-1000-5 были изготовлены бутыли. Затем были измерены диаметры сферотолитов D, образовавшихся в приповерхностном слое бутылей, которые приведены на фиг. 3 в таблице 1. Как можно видеть из полученных данных, на образцах №1, 2, 3, 9, 10 увеличение размера точки происходило исключительно за счет увеличения линейного размера бутыли по сравнению с заготовкой. На образцах №4, 5, 6, 7 и 8 роста наблюдался рост сферотолитов, максимальный - на образце №6, предварительно нагретом до 0,36⋅Tc, величина коэффициента свойств материала составила k2=16,8. Согласно математическому выражению
Figure 00000001
, было определено разрешение изображения маркировки. В данном случае при нагреве до 0,36⋅Tc, Ipi=10 мм/(0,05 мм⋅5⋅1б,8)=2 точки/мм. Выполненная с этим разрешением лазерная маркировка полимерной бутыли показана на фиг. 2.

Claims (17)

1. Способ изготовления полимерного контейнера с маркировкой, включающий воздействие сфокусированным лазерным излучением по заданному рисунку изображения маркировки на заготовку полимерного контейнера при энергии лазерного излучения, меньшей порога абляции, и последующее формование контейнера термомеханическим воздействием на заготовку с нанесенным изображением маркировки, отличающийся тем, что предварительно определяют разрешение lpi изображения маркировки в двух взаимно перпендикулярных направлениях из соотношения: lpi=Lи/(d⋅k1⋅k2) точек/мм;
где Lи - линейный размер изображения маркировки на конечном изделии, мм;
d - диаметр перетяжки лазерного излучения, мм;
k1 - коэффициент увеличения диаметра контейнера по сравнению с заготовкой;
k2 - коэффициент свойств материала контейнера, определяемый как k2=D/d,
где D - диаметр сферолитов, образовавшихся в приповерхностном слое контейнера после термомеханического воздействия на заготовку, d - диаметр перетяжки лазерного излучения;
а воздействие сфокусированным лазерным излучением выполняют на заготовку, нагретую до температуры, равной (0,3-0,4)⋅Tc, где Tc - температуры стеклования материала контейнера, °С.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изображение маркировки выполняют в виде информации о торговом наименовании продукта, для которого предназначен полимерный контейнер.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изображение маркировки выполняют в виде информации о химическом составе продукта, для которого предназначен полимерный контейнер.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изображение маркировки выполняют в виде информации о сроке годности продукта, для которого предназначен полимерный контейнер.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изображение маркировки выполняют в виде информации о химическом составе и свойствах материала контейнера.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изображение маркировки выполняют в виде информации о дате производства контейнера.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изображение маркировки выполняют в виде информации об утилизации и повторном использовании контейнера.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изображение маркировки выполняют в виде линейного штрихкода.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изображение маркировки выполняют в виде двумерного штрихкода.
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изображение маркировки выполняют в виде товарного знака.
11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изображение маркировки выполняют в виде этикетки.
RU2016132448A 2016-08-05 2016-08-05 Способ лазерной маркировки полимерного контейнера RU2652311C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016132448A RU2652311C2 (ru) 2016-08-05 2016-08-05 Способ лазерной маркировки полимерного контейнера

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016132448A RU2652311C2 (ru) 2016-08-05 2016-08-05 Способ лазерной маркировки полимерного контейнера

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016132448A RU2016132448A (ru) 2018-02-08
RU2652311C2 true RU2652311C2 (ru) 2018-04-25

Family

ID=61174043

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016132448A RU2652311C2 (ru) 2016-08-05 2016-08-05 Способ лазерной маркировки полимерного контейнера

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2652311C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020001034A1 (de) 2020-02-18 2021-08-19 Paccor Packaging Gmbh Gefäß, insbesondere Becher, Schale oder Tablett und Verfahren zum Herstellen eines Gefäß

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4578329A (en) * 1982-11-26 1986-03-25 Wavin B.V. Method of marking an article having at least a polyolefin surface and an article having a polyolefin surface provided with a black mark of decomposed polyolefin
RU2087322C1 (ru) * 1995-03-27 1997-08-20 Лебедев Федор Владимирович Способ формирования изображения внутри материала изделия и изделие, содержащее сформированное изображение
JP2000126877A (ja) * 1998-10-27 2000-05-09 Matsushita Electric Works Ltd 樹脂成形品のレーザマーキング法
US7604848B2 (en) * 2005-10-28 2009-10-20 Seiko Epson Corporation Method for forming a mark with pivoting of a nozzle about its target
RU2443525C1 (ru) * 2010-07-15 2012-02-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко" (ОАО "ЭЛАРА") Способ лазерной гравировки
US20150352772A1 (en) * 2013-02-14 2015-12-10 Sidel Participations Method for producing a marked container comprising a step for marking a preform

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4578329A (en) * 1982-11-26 1986-03-25 Wavin B.V. Method of marking an article having at least a polyolefin surface and an article having a polyolefin surface provided with a black mark of decomposed polyolefin
RU2087322C1 (ru) * 1995-03-27 1997-08-20 Лебедев Федор Владимирович Способ формирования изображения внутри материала изделия и изделие, содержащее сформированное изображение
JP2000126877A (ja) * 1998-10-27 2000-05-09 Matsushita Electric Works Ltd 樹脂成形品のレーザマーキング法
US7604848B2 (en) * 2005-10-28 2009-10-20 Seiko Epson Corporation Method for forming a mark with pivoting of a nozzle about its target
RU2443525C1 (ru) * 2010-07-15 2012-02-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко" (ОАО "ЭЛАРА") Способ лазерной гравировки
US20150352772A1 (en) * 2013-02-14 2015-12-10 Sidel Participations Method for producing a marked container comprising a step for marking a preform

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020001034A1 (de) 2020-02-18 2021-08-19 Paccor Packaging Gmbh Gefäß, insbesondere Becher, Schale oder Tablett und Verfahren zum Herstellen eines Gefäß

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016132448A (ru) 2018-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10518354B2 (en) Ultraviolet laser 3D printing method for precise temperature control of polymer material and device thereof
JP5445764B2 (ja) 赤外線放射によるプラスチック加熱の改善
US8196807B2 (en) Method of identifying a container and/or a finished article obtained from the said container, in particular for medical use
CN109563246B (zh) 用于选择性烧结的聚合物组合物
RU2469851C2 (ru) Способ послойного производства трехмерного объекта
CN105008109B (zh) 具有预制件标记步骤的获得带标记容器的方法
Jia et al. Effects of high-repetition-rate femtosecond laser micromachining on the physical and chemical properties of polylactide (PLA)
JP7109180B2 (ja) マーキングを有しているガラス管半製品から中空ガラス製品を製造するための方法および中空ガラス製品の使用
US20090159174A1 (en) Method of identifying a plurality of containers and/or finished articles obtained from the said containers
US8257636B2 (en) Method for reforming a portion of a plastic container to include a transferable element, and the resulting container
KR930002062A (ko) 그릇을 만드는데 쓰이는 플라스틱, 특히 pet로 된 용기를 적외선 방사로 가열하는 방법과 그 장치
CN108883563A (zh) 包括标记工序的中空体优选加热方法
JP2013022965A (ja) 三次元の物体を層状に製造するための装置と方法及びモールド
RU2652311C2 (ru) Способ лазерной маркировки полимерного контейнера
CA3071576C (en) Molded article, container and a method for printing thereon
US11560451B2 (en) Polymer composition for selective sintering
EP1798017A3 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Blasformung von Behälter
US11919232B2 (en) Process for shaping a polymeric object
JP2007136747A (ja) 樹脂成形方法及び樹脂成形装置
EP2479013B1 (en) Preform for forming containers with light barrier effect by stretch blow molding
WO2023212807A1 (en) System for laser marking of products
WO2021126152A1 (en) Three-dimensional printed polymer objects
EP3291962A1 (en) Injection-stretch-blow-molding (isbm) manufacturing method of a hotfill plastic container and hotfilling process thereof
KR20230111462A (ko) 펨토초 레이저를 이용한 플라스틱 포장재 패터닝 방법