专利摘要:
Laserstrahlmarkierverfahren zur Markierung von Oberflächen von Polymermaterialien mit erzeugtem Laserlicht, das entsprechend der zu markierenden Abbildung abgelenkt und auf ein Objekt aus Polymermaterial gerichtet wird, wobei das Objekt in fortlaufender Weise mit Abbildungen versehen wird, wobei folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: Vorschieben des Objektes aus Polymermaterial, wobei die Vorschubgeschwindigkeit 1 bis 50 m/min beträgt, und Klemmen des Objektes und Einstrahlen von gepulstem Laserlicht mit einer Impulsdauer von 1 bis 10 mus und einer Pulsfrequenz von 2000 bis 20000 Hz auf die Oberfläche des Objektes, wobei die Pulsenergie des Laserlichtes 30 bis 40 mJ beträgt und der wirksame fokussierte Laserstrahldurchmesser im Bereich von 0,3 bis 1 mm liegt, wobei eine Markierung mit einem Kontrast zwischen markierter und unmarkierter Oberfläche erzeugt wird, und Abtrennen markierter Abschnitte zumindest abschnittsweise und Entklemmen des Objektes und Zuführung des markierten Abschnittes zu einem Fertigwarenspeicher. Eine erfindungsgemäße Laserstrahlmarkiervorrichtung und deren Verwendung werden angegeben.
公开号:DE102004027622A1
申请号:DE200410027622
申请日:2004-06-05
公开日:2006-01-05
发明作者:Andreas Hermann;Gerd Putzier;Harald Riedel
申请人:Rehau AG and Co;
IPC主号:B23K26-00
专利说明:
[0001] DieErfindung betrifft ein Laserstrahlmarkierverfahren nach dem Oberbegriffdes Anspruches 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Laserstrahlmarkiervorrichtunggemäß Anspruch9, bei der ein Laserstrahlmarkierverfahren angewandt wird und eineVerwendung einer derartigen Laserstrahlmarkiervorrichtung nach Anspruch 11.
[0002] Laserstrahlmarkierverfahrensind durch offenkundige Vorbenutzung bekannt. Das Kontrastverhältnis zwischender erzeugten Markierung und deren Umgebung lässt bei diesen bekannten Verfahrenoft zu wünschen übrig. Umein ausreichendes Kontrastverhältniszu erzielen, kann oft nur mit sehr geringen Prozess- und Fertigungsgeschwindigkeitengearbeitet werden.
[0003] Esist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Laserstrahlmarkierverfahrender eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass ein gegebenes – möglichsthohes – Kontrastverhältnis miteiner höherenProzess- und Fertigungsgeschwindigkeit erreicht werden kann.
[0004] DieseAufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durchein Laserstrahlmarkierverfahren mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteilsdes Anspruches 1.
[0005] Erfindungsgemäß wurdeerkannt, dass durch eine Kombination von Verfahrensparametern zurLaserstrahlmarkierung von polymeren Objekten eine hohe Prozess-und Fertigungsgeschwindigkeit bei der Herstellung solcherart markierterObjekte möglichist, die gleichzeitig einhergeht mit einem hohen Kontrast der aufder Polymermaterialoberflächeerzeugten Markierung.
[0006] DieKombination der einzelnen Prozessschritte erweist sich zur Durchführung deserfindungsgemäßen Verfahrensals überausgünstig.
[0007] ImEinzelnen ist der Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Laserstrahlmarkierverfahrenswie folgt: Das zu markierende Objekt wird eine bestimmte Weglänge, dievorgegeben wird und von verschiedenen Parametern abhängig ist,wie beispielsweise Größe der zumarkierenden Abbildung, Ort der aufzubringenden Markierung auf demObjekt, Rapport bei wiederkehrenden Abbildungen, etc., vorgeschoben.Hierzu werden bekannte Mittel eingesetzt, ein Objekt zu bewegen,wobei die Bewegung bestimmt wird in ihren Parametern hins. beispielsweiseGeschwindigkeit, Positioniergenauigkeit, etc.
[0008] DieVorschubgeschwindigkeit beträgthierbei erfindungsgemäß 1 bis50 m/min. Hat das Objekt den vorbestimmten Ort erreicht, wird dasObjekt geklemmt, so dass es an dem vorgegebenen Ort verharrt, ohne dasses zu einer Relativbewegung des Objektes zu anderen Komponentender erfindungsgemäßen Vorrichtungkommt.
[0009] ZumKlemmen werden bekannte, dem Stand der Technik entsprechende Mitteleingesetzt, dies umfasst beispielsweise Niederhalter, Klemmen, Bänder, etc.
[0010] Wenndie Fixierung des Objektes durch Klemmen erfolgt ist, wird die Laserstrahlmarkierunggestartet. Hierzu wird gepulstes Laserlicht eingesetzt, das eineImpulsdauer von 1 bis 10 μsund eine Impulsfrequenz von 2000 bis 20000 Hz aufweist.
[0011] DasLaserlicht wird auf die zu markierende Oberfläche des Objektes aus Polymermaterialgerichtet und erzeugt dort die Markierung.
[0012] Hierbeibeträgtdie Pulsenergie des Laserlichts 30 bis 40 mJ.
[0013] Derwirksame Durchmesser des fokussierten Laserstrahls liegt im Bereichvon 0.3 bis 1.0 mm.
[0014] Hierdurchwird eine Markierung auf der Oberfläche des polymeren Objekteserzeugt, die ein hohes Kontrastverhältnis aufweist.
[0015] Nachder Laserstrahlmarkierung erfolgt ein Abtrennen des markierten Abschnittes,wobei diese Abtrennung zumindest abschnittsweise erfolgt. Hierbeiwird der markierte Abschnitt vom Objekt beispielsweise durch einentrennenden Verfahrensschritt zumindest teilweise gelöst.
[0016] TrennendeVerfahren könnenbeispielsweise Schneiden, Stanzen, Hacken, Spalten, Reißen, Laserstrahlschneiden,Wasserstrahlschneiden, etc. umfassen, es sind aber auch andere Verfahrenzur Trennung möglich.
[0017] Eskann auch eine vollständigeAbtrennung des markierten Abschnitts vom Objekt vorgenommen werden,so dass vereinzelte markierte Abschnitte herstellbar sind.
[0018] Vorteilhaftist, die markierten Abschnitte unvollständig vom Objekt zu trennen,um dadurch einen Materialverbund mit dem Objekt zu gewährleisten,was fertigungstechnische Vorteile aufweist. So kann beispielsweiseeine einfachere Handhabung der damit hergestellten markierten Objekteaus Polymermaterial stattfinden.
[0019] Alsletzter Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Laserstrahlmarkierverfahrenswird das Objekt entklemmt und der markierte Abschnitt einem Fertigwarenspeicherzugeführt.
[0020] Fertigwarenspeicherdienen zur Aufnahme der markierten Objekte und umfassen beispielsweise,das Objekt auf eine Rolle aufzuspulen, in ein Behältnis abzulegen,einem Magazin zuzuführen,auf eine Stange aufzuschieben, einer Fächeranordnung zuzuführen, inein Konturschale einzusortieren oder in Beutel zu verpacken. Auchandere Ausführungenvon Fertigwarenspeichern sind möglich.
[0021] DieserVerfahrensablauf kann beliebig wiederholt werden, so dass fortlaufendObjekte aus Polymermaterial mit gleichen und/oder verschiedenenMarkierungen versehen werden.
[0022] DerVerfahrensablauf gestattet es, dass die Fertigung solcher markierterObjekte mit hoher Prozess- und Fertigungsgeschwindigkeit vonstattengeht.
[0023] MittelsLaserstrahlmarkierung hergestellte Objekte sind so kostengünstig zugänglich.
[0024] Mittelsdes erfindungsgemäßen Laserstrahlmarkierverfahrenslassen sich eine Reihe von Polymermaterialien markieren.
[0025] Dieseumfassen Weich-Polyvinylchlorid (Weich-PVC), Hart-Polyvinylchlorid(Hart-PVC), Polycarbonat-Acrylnitril-Butadien-Styrol (PC/ABS), Polycarbonat(PC), Acrylnitril-Butadien-Styrol(ABS), Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE), Polystyrol (PS),Polyetherimid (PEI) deren Copolymere und/oder Blends und Mischzusammensetzungenhiervon.
[0026] Besondersgeeignet ist das erfindungsgemäße Laserstrahlmarkierverfahrenfür dieMarkierung von Weich-Polyvinylchlorid (Weich-PVC).
[0027] DasLaserstrahlmarkierverfahren ist geeignet zur Markierung eingefärbter Polymermaterialiennach Anspruch 3, wobei das gesamte Farbspektrum der Polymermaterialienmarkierbar ist.
[0028] ZurEinfärbungder Polymermaterialien werden Farbmittel eingesetzt, die Titandioxid,Pigmente in Form beschichteter Glimmer oder anderer beschichteterblättchenförmiger Teilchenund andere dem Stand der Technik übliche Mittel, die zur Einfärbung vonPolymeren herangezogen werden, umfassen. Auch werden Mischungenvon Farbmitteln verwandt, um Polymere einzufärben.
[0029] DieseFarbmittel könnenjeweils in Konzentrationen, die zwischen 0.01 und 3.0 Gewichtsprozent,bezogen auf 100 Gewichtsprozent Polymermaterial, betragen, eingesetztwerden.
[0030] Besondersbevorzugt sind dabei Konzentrationen zwischen 0.01 und 2.0 Gewichtsprozent.
[0031] Sowerden beispielsweise dem Weich-Polyvinylchlorid für eine gelbeEinfärbung1.00 bis 1.50 Gewichtsprozent, vorzugsweise 1.20 Gewichtsprozent,für einerote Einfärbung0.15 bis 0.40 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0.28 Gewichtsprozentund füreine blaue Einfärbung1.70 bis 2.30 Gewichtsprozent, vorzugsweise 2.00 Gewichtsprozent,zugegeben.
[0032] Titandioxidwird bevorzugt mit einer Korngrößenverteilungvon D 50 0.2 bis 2.0 Mikron eingesetzt.
[0033] DasTitandioxid muss homogen in der Polymermatrix verteilt sein.
[0034] Titandioxid-Modifikationen,wie beispielsweise Anatas und Rutil, unterstützen bei diesem erfindungsgemäßen Laserstrahlmarkierverfahrendie Ausbildung einer kontrastreichen Markierung, indem sie die Carbonisierungder Polymermatrix unter dem Einfluss des eingestrahlten Laserlichtesfördern.
[0035] Pigmentein Form beschichteter Glimmer oder anderer beschichteter blättchenförmiger Teilchenunterstützenebenfalls den Prozess der Carbonisierung durch Absorption des Laserlichtsund Umwandlung in Wärme.
[0036] DiePolymermaterialien enthalten weiterhin partikelförmige Füllstoffe unterschiedlicherGeometrien, umfassend sphärolitischeund/oder faserförmigeund/oder blättchenförmige und/oderstäbchenförmige. Diese Füllstoffeenthalten beispielsweise Calcium, Aluminium. Eisen, Silicium, Sauerstoff,Kohlenstoff, Phosphor, Schwefel in Form ihrer Ionen. Sie können ausgewählt seinbeispielsweise fürdie Gruppe der faserförmigen Füllstoffeaus Asbest, Wollastonit, Glasfasern, Gesteinsfasern, Kohlenstofffasern,Fasern pflanzlichen und tierischen Ursprungs, für die Gruppe der blättchenförmigen Füllstoffebeispielsweise aus schichtbildenden Mineralien.
[0037] SolcheFüllstoffewerden in Konzentrationen von 0.01 bis zu 15.0 Gewichtsprozent,bezogen auf 100 Gewichtsprozent Polymer, eingesetzt. Besonders bevorzugtwerden sie im Bereich von 0.01 bis 10 Gewichtsprozent verwandt.
[0038] Calciumcarbonatwird beispielhaft mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0.75 μm eingesetzt, esist homogen in der Polymermatrix zu verteilen.
[0039] Diemittels des erfindungsgemäßen Laserstrahlmarkierverfahrensauf die Oberflächevon Polymeren aufgebrachten Markierungen können heller und/oder dunklersein, als die unmarkierte Polymeroberfläche.
[0040] Durchdie vorgesehenen Füllstoffeoder durch Kombinationen der Füllstoffelassen sich helle Markierungen auf dunklem Untergrund, dunkle Markierungenauf hellem Untergrund, aber auch alternierend helle und dunkle Markierungenauf dunklem und/oder hellem Untergrund erzeugen.
[0041] Hierdurchlassen sich besonders gut erkennbare und insbesondere kontrastreicheAbbildungen auf Polymermaterialoberflächen erzeugen.
[0042] Mittelsdes erfindungsgemäßen Laserstrahlmarkierverfahrensist es somit möglich,in einem weiten Bereich verschiedene Polymermaterialien unterschiedlichsterEinfärbungmit hohem Kontrast in schneller Prozess- und Fertigungsgeschwindigkeitzu markieren.
[0043] Jenach Auswahl der Parameter, umfassend beim Laserlicht die Impulsdauer,Pulsfrequenz, Energiedichte und Strahldurchmesser können verschiedeneMaterialien, insbesondere Weich-Polyvinylchlorid, in verschiedeneAbstufungen des Markierungskontrastes auf farbigen Polymermaterialienerreicht werden.
[0044] InVersuchen zeigte sich an Rohren aus Polypropylen mit einer Füllung ausBariumsulfat in Verbindung mit einer Füllung aus Titandioxid bei derLaserstrahlmarkierung, dass optisch hoch kontrastreiche Beschriftungenerzielt werden können.
[0045] DieBeschriftungen erfahren insbesondere eine Modifikation in ihremKontrast, wenn beispielsweise der Titandioxid-Gehalt zum Bariumsulfat-Gehaltvorzugsweise in einem Verhältnisvon 1 : 3 bis 1 : 10 geändert wird.
[0046] Eineweitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Laserstrahlmarkiervorrichtungzur Durchführungdes Laserstrahlmarkierverfahrens anzugeben.
[0047] DieAufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durcheine Laserstrahlmarkiervorrichtung nach Anspruch 9.
[0048] DieVorteile des Laserstrahlmarkiervorrichtung entsprechen denjenigen,die oben in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Laserstrahlmarkierverfahrendiskutiert wurden.
[0049] Beider Laserstrahlmarkiervorrichtung wird beispielhaft eine Nd:YAG-Laserals Laserlichtquelle eingesetzt.
[0050] Diesersendet Laserlicht mit einer Wellenlänge von 1064 nm aus, das zurMarkierung der Polymermaterialoberfläche genutzt wird.
[0051] Eskann auch ein Excimer-Laser zur Laserstrahlmarkierung eingesetztwerden.
[0052] DasLaserlicht kann bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Laserstrahlmarkierungsvorrichtung längs derzu markierenden Bahn abgelenkt werden und/oder über ein zu markierendes Feldabgerastert werden.
[0053] Esist mit dieser erfindungsgemäßen Vorrichtungmöglich,besonders effektiv Markierungen auf Oberflächen von Polymermaterialienzu erzeugen, hierbei werden insbesondere deutliche, scharte undsauber begrenzte Abbildungen erzeugt, die entlang ihrer Kontureneinen hohen Kontrastunterschied aufweisen, der das Erkennen undUnterscheiden der aufgebrachten Markierungen leicht ermöglicht.
[0054] Schließlich istes Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Laserstrahlmarkiervorrichtunganzugeben.
[0055] DieseAufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durcheine Verwendung nach Anspruch 11.
[0056] Beider Leiterkennzeichnung kommen die oben im Zusammenhang mit demLaserstrahlmarkierverfahren und der Laserstrahlmarkiervorrichtunggenannten Vorteile voll zum Tragen. Das Verfahren bzw. die Vorrichtungerlauben jeweils eine einfache Anpassung an die Markiererfordernisseunterschiedlicher Leitermaterialien durch entsprechende Änderungder Verfahrensparameter.
[0057] FolgendeAusführungsbeispieleverdeutlichen den Erfindungsgegenstand: Bei der Wechselwirkungder Laserstrahlung mit dem zu markierenden Objekt aus Polymermaterialfindet eine Carbonisierung der organischen Matrix des Polymermaterialsstatt. Dies erfolgt unter dem Einfluss des Titandioxids.
[0058] DieseCarbonisierung führtzu einer Schwarz- bzw. Dunkelfärbungder mit der Laserstrahlung abgefahrenen Bahn und/oder des abgerastertenFeldes auf dem zu markierenden Objekt. Je nach dem Polymermaterial,dessen Einfärbungund dem Gehalt an Titandioxid werden die Laser- und Fertigungsparameterdes Laserstrahlmarkierverfahrens so eingestellt, dass die markierteAbbildung auf dem Objekt nach erfolgter Markierung mit möglichsthohem Kontrast sichtbar ist.
[0059] Auchdunkel eingefärbtePolymermaterialien lassen sich markieren, indem die Kombinationaus Parametern der Laserstrahlung und Vorschubgeschwindigkeit sogewähltwird, dass die Wechselwirkung der Laserstrahlung mit dem Polymermaterialdes Objekts dazu führt,dass die Polymermatrix längsder abgefahrenen Bahn und/oder des abgerasterten Feldes der Laserstrahlungaufschäumt,wodurch die Markierung heller erscheint, als die diese umgebendenicht markierte Objektoberfläche.
[0060] DieOberflächeeines Objektes, beispielsweise eines Schlauches aus Weich-Polyvinylchlorid,der in der Polymerrezeptur neben PVC, Weichmacher und üblichenAdditiven zur Stabilisierung und der gelben Einfärbung, auch Titandioxid ineiner Konzentration von 1.20 Gewichtsprozent enthält, wirdmit dem erfindungsgemäßen Laserstrahlmarkierverfahrenmit einer Abbildung versehen.
[0061] Dazuwerden folgende Parameter gewählt: Laserstrahldurchmesser,mit dem markiert wird 0.3mm Wellenlänge deseingesetzten Nd:YAG-Lasers 1064nm Pulslänge 5 μs Pulsfrequenz 4000Hz Vorschubdes markierenden Laserstrahls 400mm/s.
[0062] Eswerden fortlaufend gekennzeichnete Abschnitte des Objektes erhalten,die sich durch einen hohen Kontrast zwischen Markierung und unmarkierterPolymeroberflächeauszeichnen.
[0063] Inanaloger Weise zum Beispiel 1. wird ein weißes eingefärbtes Objekt markiert. DerGehalt an Titandioxid beträgt2.0 Gewichtsprozent.
[0064] Hierzuwerden folgende Parameter verwandt: Laserstrahldurchmesser,mit dem markiert wird 0.3mm Wellenlänge deseingesetzten Nd:YAG-Lasers 1064nm Pulslänge 5 μs Pulsfrequenz 3500Hz Vorschubdes markierenden Laserstrahls 350mm/s.
[0065] Eswerden fortlaufend gekennzeichnete Abschnitte des Objektes erhalten,die sich durch einen hohen Kontrast zwischen Markierung und unmarkierterPolymeroberflächeauszeichnen.
[0066] DieLaserstrahlmarkiervorrichtung eignet sich insbesondere zur Beschriftung/ Markierung von Leiterkennzeichnern.
[0067] Auchandere Anwendungen sind möglich,wie beispielhaft die Kennzeichnung von Schläuchen, Rohren, Bändern, Formteilen,etc.
权利要求:
Claims (11)
[1] Laserstrahlmarkierverfahren zur Markierung vonOberflächenvon Polymermaterialien mit erzeugtem Laserlicht, das entsprechendder zu markierenden Abbildung abgelenkt und auf ein Objekt aus Polymermaterialgerichtet wird, wobei das Objekt in fortlaufender Weise mit Abbildungenversehen wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: -a-Vorschieben des Objektes aus Polymermaterial, wobei die Vorschubgeschwindigkeit1 bis 50 m/min beträgt,und -b- Klemmen des Objektes, und -c- Einstrahlen vongepulstem Laserlicht mit einer Impulsdauer von 1 bis 10 μs und einerPulsfrequenz von 2000 Hz bis 20000 Hz auf die Oberfläche desObjektes, wobei die Pulsenergie des Laserlichtes 30 bis 40 mJ beträgt, undder wirksame fokussierte Laserstrahldurchmesser im Bereich von 0.3bis 1 mm liegt, wobei eine Markierung mit einem Kontrast zwischenmarkierter und unmarkierter Oberfläche erzeugt wird, und -d-Abtrennen markierter Abschnitte zumindest abschnittsweise, und -e-Entklemmen des Objektes und Zuführendes markierten Abschnitts zu einem Fertigwarenspeicher.
[2] Laserstrahlmarkierverfahren nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass Polymermaterialien, umfassend Weich-Polyvinylchlorid(Weich-PVC) Hart-Polyvinylchlorid (Hart-PVC) Polycarbonat/Acrylnitril-Butadien-Styrol(PC/ABS) Polycarbonat (PC) Acrylnitril-Butadien-Styrol(ABS) Polypropylen und Polyethylen (PP, PE) Polystyrol(PS) Polyetherimid (PEI) deren Copolymere und/oder Blends undMischzusammensetzungen hiervon, markiert werden.
[3] Laserstrahlmarkierverfahren nach Anspruch 1 und 2,dadurch gekennzeichnet, dass eingefärbte Polymermaterialien markiertwerden.
[4] Laserstrahlmarkierverfahren nach Anspruch 3, dadurchgekennzeichnet, dass zum Einfärbender Polymermaterialien Farbmittel, umfassend Titandioxid und/oder BeschichteteGlimmerpigmente und/oder dem Stand der Technik übliche Mittelzur Polymereinfärbung undMischungen hiervon, eingesetzt werden.
[5] Laserstrahlmarkierverfahren nach Anspruch 4, dadurchgekennzeichnet, dass Farbmittel jeweils in einer Konzentration von0.01 bis 3.0 Gewichtsprozent, bezogen auf 100 Gewichtsprozent Polymer,eingesetzt werden.
[6] Laserstrahlmarkierverfahren nach einem der vorangehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial partikelförmige Füllstoffe,umfassend sphärolitischeund/oder faserförmigeund/oder blättchenförmige und/oderstäbchenförmige Geometrien,enthält,und Mischungen hiervon.
[7] Laserstrahlmarkierverfahren nach Anspruch 6, dadurchgekennzeichnet, dass Füllstoffein einer Konzentration von 0.01 bis 15.0 Gewichtsprozent, bezogenauf 100 Gewichtsprozent Polymer, eingesetzt werden.
[8] Laserstrahlmarkierverfahren nach den Ansprüchen 1 bis7, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial mit einer Markierungversehen wird, die heller und/oder dunkler ist, als die unmarkiertePolymeroberfläche.
[9] Laserstrahlmarkiervorrichtung zur Durchführung desLaserstrahlmarkierverfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass ein Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm eingesetztwird oder ein Excimer-Laser.
[10] Laserstrahlmarkiervorrichtung nach Anspruch 9, dadurchgekennzeichnet, dass das Laserlicht längs der zu markierenden Bahnabgelenkt wird und/oder das Laserlicht über ein zu markierendes Feldabgerastert wird.
[11] Verwendung der Laserstrahlmarkiervorrichtung nacheinem der Ansprüche9 oder 10 zur Kennzeichnung polymerer Formteile.
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公开号 | 公开日
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引用文献:
公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
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