Laserkleuren van roestvrij staal: een innovatieve, inktloze technologie voor kleurmarkering

In sectoren zoals metaalbewerking, decoratief ontwerp en producttraceerbaarheid is kleurmarkering een belangrijk middel om informatie over te brengen en de esthetiek te verbeteren. Traditionele methoden voor het kleuren van metalen, zoals bedrukken en elektrochemische behandeling, hebben nadelen zoals milieuvervuiling, de noodzaak van extra verbruiksmaterialen en onstabiele kleuren. De laser-kleurmethode voor roestvrij staal is echter uitgegroeid tot een populaire trend in de laserindustrie vanwege haar voordelen: geen verbruiksmaterialen, hoge precisie en langdurige kleuren. Door middel van laserenergie wordt op het oppervlak van roestvrij staal een oxidatiereactie opgewekt, waardoor een gekleerde oxidefilm ontstaat; hiervoor zijn geen inkt of chemische reagentia nodig. Deze methode levert niet alleen rijke kleuren op, maar waarborgt ook de slijtvastheid en milieuvriendelijkheid van de markering, en biedt nieuwe mogelijkheden voor gepersonaliseerde bewerking van roestvrijstalen producten.

 

Het kernprincipe van het kleuren van roestvrij staal met een laser is het gebruik van laserenergie om de vorming van een oxidefilm met een specifieke dikte op het metalen oppervlak te veroorzaken. Vervolgens worden via de inherente kleur van de oxidefilm en lichtinterferentie-effecten diverse kleuren gepresenteerd. De MOPA-vezellaser die veelal wordt gebruikt in experimenten, zendt laserlicht uit met een golflengte van 1064 nm. Bij bestraling van materialen zoals 304-roestvrij staal verhoogt deze de temperatuur van het bestraalde gebied, waardoor een oxidatiereactie met zuurstof uit de lucht wordt geactiveerd, resulterend in een tweefasige oxidefilm die bestaat uit chroom- en ijzeroxiden.

 

De dikte en oppervlaktemorfologie van de oxidefilm bepalen direct de uiteindelijke kleur — oxidefilms met verschillende diktes hebben verschillende reflectie- en brekingseffecten op zichtbaar licht, waardoor diverse kleuren zoals blauw, paars, roze en geel worden gepresenteerd. Bijvoorbeeld: een dunne oxidefilm kan paars lijken, en naarmate de dikte toeneemt, verandert de kleur geleidelijk in roze en geel. Nog interessanter is dat laserkleuring geen complexe apparatuur vereist. Via galvanometer-scanning en focussering met een F-theta-lens kan de vorming van de oxidefilm nauwkeurig worden bestuurd op het roestvrijstaaloppervlak, wat flexibele toepassingen mogelijk maakt, van lokale markering tot kleuring over grote oppervlakten.

De kernuitdaging bij het kleuren van roestvrij staal met een laser is het nauwkeurig reproduceren van doelkleuren door aanpassing van de parameters. De belangrijkste parameters die van invloed zijn op de kleur, zijn het laservermogen, de scantempo en de herhalingfrequentie. Deze drie parameters werken niet onafhankelijk, maar bepalen het kleureffect via een vaste verhoudingsrelatie. Onderzoek heeft aangetoond dat zolang deze drie parameters dezelfde verhoudingscoëfficiënt behouden (de proportionele coëfficiënt van de laserwerking), zelfs als de specifieke waarden verschillen, uiterst vergelijkbare kleuren en oxidefilms op het oppervlak van roestvrij staal kunnen worden gegenereerd.

 

Bijvoorbeeld zal een laservermogen van 20 W, een scan-snelheid van 100 mm/s en een herhaalfrequentie van 200 kHz dezelfde kleur opleveren als een vermogen van 30 W, een scan-snelheid van 150 mm/s en een herhaalfrequentie van 300 kHz, dankzij de constante verhouding. Tegelijkertijd beïnvloeden parameters zoals pulsduur en brandpuntsafstand ook de kwaliteit van de oxidefilm: wanneer de pulsduur vast ligt op 4 ns en de brandpuntsafstand op 210 mm, kan de vlektdiameter worden gestabiliseerd op 50 μm, waardoor de kleuring uniformer wordt. Deze regel van parameterverhouding lost het probleem van moeilijke kleurweergave bij traditionele kleurprocessen op en biedt betrouwbare parametergeleiding voor massaproductie.

 

Vergeleken met traditionele kleurprocessen biedt het laserkleuren van roestvrij staal duidelijke voordelen. Ten eerste is het milieuvriendelijk. Het gehele proces vereist geen chemische reagentia of inkt, maar maakt uitsluitend gebruik van de oxidatiereactie tussen de laser en lucht, waardoor geen afvalwater of restafval wordt geproduceerd en aan de eisen voor milieubescherming wordt voldaan. Ten tweede zijn de kleuren stabiel en duurzaam. De gevormde oxidefilm is sterk verbonden met het roestvrijstaal-substraat en kenmerkt zich door uitstekende slijtvastheid en weerstand tegen vervaging, en kan worden toegepast onder complexe werkomstandigheden zoals buitengebruik en hoge temperaturen. Ten derde is het proces nauwkeurig en flexibel. De laserspot is klein en zeer goed regelbaar, waardoor zowel fijne teksten en patronen als uniforme kleuring over grote oppervlakten mogelijk zijn, wat aansluit bij roestvrijstaalproducten met verschillende specificaties.

 

Bovendien heeft laserkleurengeven de kenmerken van een eenvoudige processtroom en geen verbruik van hulpmiddelen, waardoor de productiekosten kunnen worden verlaagd. Bijvoorbeeld bij producttraceerbaarheid kan laserkleurengeven worden gebruikt om gekleurde QR-codes aan te brengen op onderdelen van roestvrij staal; deze zijn niet alleen duidelijk en gemakkelijk herkenbaar, maar ook minder gevoelig voor slijtage dan gedrukte markeringen. Op het gebied van decoratie kan hiermee een verloop van kleuren en complexe patronen worden bereikt op platen van roestvrij staal, wat de esthetische waarde van producten verhoogt. Deze voordelen hebben ervoor gezorgd dat de techniek populair is geworden in sectoren zoals hardwareproducten, medische apparatuur en architectonische afwerking.

 

De toepassingsgebieden van de laserkleurtechnologie voor roestvrij staal breiden zich voortdurend uit. In de industriële productie kan deze technologie worden gebruikt voor merklogo’s en het markeren van specificatieparameters op roestvrijstalen producten, waarbij kleurmarkering zowel opvallend als anti-piraterie is. Op het gebied van decoratief ontwerp kan de technologie roestvrijstalen deuren, ramen, meubels en kunstwerken een gepersonaliseerde kleur geven, waardoor wordt afgeweken van de eentonige structuur van traditioneel roestvrij staal. In de high-end productiesector, zoals bij medische apparatuur en lucht- en ruimtevaartcomponenten, kan kleurmarkering worden gebruikt voor de classificatie en traceerbaarheid van onderdelen, wat de efficiëntie van het productiemanagement verbetert.