金属部品加工後のレーザーマーキングを確実に成功させる

アジェイ・クマール、チャド・ホワイトヘッド、ブリタニー・フーリー著 | 2020年8月13日

金属部品を備えた医療機器のほとんどは、機械加工、熱処理、電解研磨、および/またはビーズブラストを経ます。 たとえ正しく実行されたとしても、各製造プロセスでは表面に堆積物が残る可能性があります。 これらの堆積物は累積的に蓄積し、通常は熱処理後の単純な洗浄では表面から除去できません。 多くの場合、追加のプロセスを使用する必要がありますが、それらのプロセスはレーザー マーキングに影響を与える可能性があります。 レーザーマーキングを成功させるには、表面の完全性を確保することが重要です。

たとえば、17-4 ステンレス鋼などのマルテンサイト鋼にレーザー マークを付ける場合、硝酸不動態化、塩水浸漬、および複数回のオートクレーブ サイクルに耐えるためには、レーザー マーキング前にマーキング表面が清浄で受動的である必要があり、マーキング後も受動的である必要があります。 。 レーザーマーキングの前に表面の汚染物質を分析し、汚染物質の発生源を特定して除去することが重要です。

潜在的な汚染源:

図 1: 汚染物質の全体的な発生源とレーザー マークへの影響。

機械加工プロセスでは、熱処理中に焼き付く加工油の堆積物が残ることがあります。

図 2: 上のこの画像は、加工後に表面に残る可能性のある切削液を示しています。

図 3: 切削液が表面に残った場合の影響。

上の写真は加工後の表面の加工油を示しています。 これらの加工油はすぐに除去しないと熱処理加工中に焼き付いてしまいます。

不適切に電解研磨された部品は、表面に電解研磨の破片や EP 液が付着します。 部品は電解研磨後すぐに洗浄する必要があります。

図 4: EP 後、パーツ上に残った EP 溶液。

図 5: 不適切な電解研磨と不適切な洗浄の影響。

デバイスが適切に真空熱処理されていない場合、熱処理スケールが発生します。 熱処理スケールの種類は、機械加工などの前工程で表面に付着した堆積物（切削油）の量によって異なります。 熱処理スケールが発生すると、従来の超音波による洗浄方法では除去できません。 これにより、レーザーマーキングプロセスが妨げられます。

図 6: この熱処理スケールは、EP 破片と加工液が表面に残った後に表面に構築されます。

レーザーマーキングの前に、表面に研磨堆積物が残っていないことを確認することが重要です。 これは、過剰な圧力や不適切な砥粒が使用された場合、および/または部品が不適切な熱処理を受けた場合に発生します。

図 7: 表面に残った研磨屑の効果。 スクラッチマークは、研磨ペーストの移動方向を示します。

適切に処理された表面には、研磨ペースト、切削液、電解研磨液、および/または破片の残留物はありません。

図 8: レーザーマーキングの前に表面が適切に処理されていれば、電解研磨の焼け跡、電解研磨液の堆積物、埋め込まれた研磨媒体、および/または熱処理による熱スケールのないトポグラフィーが得られます。

考慮すべき 3 つの特質は次のとおりです。

1.視野角に関係なく真の黒色。レーザーマークは見る角度に関係なく黒色になります。

図 9: 酸化層の厚さが不十分であると、レーザー マークの色が変化します。

図 10: 真の黒色のレーザー マーク。

2.レーザーマークは不動態化に耐えられる必要があります。レーザーマークは、硝酸不動態化後に洗い流されてはいけません。

図 11: レーザー マーク間の比較分析。 左側のレーザー マークは、硝酸 IV 不動態化後も真の黒色のままです。 右側の 4 つのマークは、レーザー マークがさまざまな程度の不動態化によって部分的に除去されたことを示しています。

3.腐食なし。オートクレーブサイクル後、レーザーマークの腐食を 10 ～ 50 µm レベルで評価する必要があります。 部品には腐食の兆候がなく、レーザー マークと母材との間に明確な境界が見られる必要があります。

図 12: レーザー マークには熱の影響は見られません。

図 13: レーザー マーク周囲の熱影響に対するフルエンス レベルの影響。

結論として、17-4 ステンレス鋼などのマルテンサイト鋼上に、硝酸不動態化、塩水浸漬、および繰り返しのオートクレーブに耐えられる、腐食のない真の黒色のレーザー マークを作成するには、レーザー プロセス パラメーターを開発するだけでなく、しかし、レーザーマーキングの前に、表面の完全性（表面の清浄度と表面の受動性）の問題にも対処する必要があります。 これは、不動態化、洗浄、研磨、ビード ブラスト、レーザー マーキング、表面分析機能などのすべての表面エンジニアリング プロセスを 1 つ屋根の下で備えているエンジニアリング組織によってのみ最もよく達成できます。これは、レーザー マーキング プロセスは事前の表面の完全性に依存するためです。 - レーザーマーキングとレーザーマーキング後の表面受動性。

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