聚焦后的極細的激光光束如同刀具,可將物體表面材料逐點去除,其先進性在于標記過程為非接觸性加工,不產(chǎn)生機械擠壓或機械應力,因此不會損壞被加工物品;由于激光聚焦后的尺寸很小,熱影響區(qū)域小,加工精細,因此,可以完成一些常規(guī)方法無法實現(xiàn)的工藝。
激光加工使用的“刀具”是聚焦后的光點,不需要額外增添其它設備和材料,只要激光器能正常工作,就可以長時間連續(xù)加工。激光加工速度快,成本低廉。激光加工由計算機自動控制,生產(chǎn)時不需人為干預。
激光能標記何種信息,僅與計算機里設計的內(nèi)容相關,只要計算機里設計出的圖稿打標系統(tǒng)能夠識別,那么打標機就可以將設計信息的還原在合適的載體上。因此軟件的功能實際上很大程度上決定了系統(tǒng)的功能。
激光打標技術作為一種現(xiàn)代精密加工方法,與腐蝕,電火花加工,機械刻劃,印刷等傳統(tǒng)的加工方法相比,具有無與倫比的優(yōu)勢:
1.采用激光做加工手段,與工件之間沒有加工力的作用,具有無接觸,無切削力,熱影響小的優(yōu)點,保證了工件的原有精度。同時,對材料的適應性較廣,可以在多種材料的表面制作出非常精細的標記且耐久性非常好;
2.激光的空間控制性和時間控制性很好,對加工對象的材質,形狀,尺寸和加工環(huán)境的自由度都很大,特別適用于自動化加工和特殊面加工。且加工方式靈活,既可以適應實驗室式的單項設計的需要,也可以滿足工業(yè)化大批量生產(chǎn)的要求;
3.激光刻劃精細,線條可以達到毫米到微米量級,采用激光標刻技術制作的標記仿造和更改都非常困難,對產(chǎn)品防偽極為重要;
4.激光加工系統(tǒng)與計算機數(shù)控技術相結合可構成自動化加工設備,可以打出各種文字,符號和圖案,易于用軟件設計標刻圖樣,更改標記內(nèi)容,適應現(xiàn)代化生產(chǎn)率,快節(jié)奏的要求;
5.激光加工和傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷相比,沒有污染源,是一種清潔無污染的高環(huán)保加工技術;
激光打標技術已被廣泛的應用于各行各業(yè),為優(yōu)質,,無污染和低成本的現(xiàn)代加工生產(chǎn)開辟了廣闊的前景。隨著現(xiàn)代激光標刻應用領域的不斷擴展,對激光制造的設備系統(tǒng)小型化,率和集成化的要求也越來越高,新型高功率光纖激光技術的開發(fā)成功,必將對此產(chǎn)生極大的推動。
掃描式打標
掃描式打標系統(tǒng)由計算機、激光器和X-Y掃描機構三部分組成,其工作原理是將需要打標的信息輸入計算機,計算機按照事先設計好的程序控制激光器和X-Y掃描機構,使經(jīng)過特殊光學系統(tǒng)變換的高能量激光點在被加工表面上掃描運動,形成標記。
通常X-Y掃描機構有兩種結構形式:一種是機械掃描式,另一種是振鏡掃描式。
(1) 機械掃描式
機械掃描式打標系統(tǒng)不是采用通過改變反射鏡的旋轉角度去移動光束,而是通過機械的方法對反射鏡進行X-Y坐標的平移,從而改變激光束到達工件的位置,這種打標系統(tǒng)的X-Y掃描機構通常是用繪圖儀改裝。其工作過程:激光束經(jīng)過反光鏡①、②轉折光路后,再經(jīng)過光筆(聚焦透鏡)③作用射到被加工工件上。其中繪圖儀筆臂④只能帶著反光鏡①和②沿X軸方向來回運動;光筆③連同它上端的反光鏡②(兩者固定在一起)只能沿Y軸方向運動。在計算機的控制下(一般通過并口輸出控制信號),光筆在Y方向上的運動與筆臂 在X方向上的運動合成,可使輸出激光到達平面內(nèi)任意點,從而標刻出任意圖形和文字。
(2)振鏡掃描式
振鏡掃描式打標系統(tǒng)主要由激光器、XY偏轉鏡、聚焦透鏡、計算機等構成。其工作原理是將激光束入射到兩反射鏡(振鏡)上,用計算機控制反射鏡的反射角度,這兩個反射鏡可分別沿X、Y軸掃描,從而達到激光束的偏轉,使具有一定功率密度的激光聚焦點在打標材料上按所需的要求運動,從而在材料表面上留下的標記,聚焦的光斑可以是圓形或矩形。
在振鏡打標系統(tǒng)中,可以采用矢量圖形及文字,這種方法采用了計算機中圖形軟件對圖形的處理方式,具有作圖效率高,圖形精度好,無失真等特點,極大的提高了激光打標的質量和速度。同時振鏡式打標也可采用點陣式打標方式,采用這種方式對于在線打標很適用,根據(jù)于不同速度的生產(chǎn)線可以采用一個掃描振鏡或兩個掃描振鏡,與前面所述的陣列式打標相比,可以標記更多的點陣信息,對于標記漢字字符具有更大的優(yōu)。
振鏡掃描式打標系統(tǒng)一般使用連續(xù)光泵工作波長為1.06μm的Nd:YAG激光器,輸出功率為10~120W,激光輸出可以是連續(xù)的,也可以是Q開關調(diào)制的。發(fā)展的射頻激勵CO2激光器,也被用于振鏡掃描式激光打標機。
振鏡掃描式打標因其應用范圍廣,可進行矢量打標和點陣打標,標記范圍可調(diào),而且具有響應速度快、打標速度高(每秒鐘可打標幾百個字符)、打標質量較高、光路密封性能好、對環(huán)境適應性強等優(yōu)勢已成為主流產(chǎn)品,并被認為代表了未來激光打標機的發(fā)展方向,具有廣闊的應用前景。
用于打標的激光器主要有Nd:YAG激光器和CO2激光器。Nd:YAG激光器產(chǎn)生的激光能被金屬和絕大多數(shù)塑料很好地吸收,而且其波長短(為1.06μm),聚焦的光斑小,因而適合在金屬等材料上進行高清晰度的標記。CO2激光器產(chǎn)生的激光波長為10.6μm,木制品、玻璃、聚合物和多數(shù)透明材料對其有很好的吸收效果,因而特別適合在非金屬表面上進行標記。
Nd:YAG激光器和CO2激光器的缺點是對材料的熱損傷及熱擴散比較嚴重,產(chǎn)生的熱邊效應常會使標記模糊。相比之下,由準分子激光器產(chǎn)生的紫外光打標時,不加熱物質,只蒸發(fā)物質的表面,在表面組織產(chǎn)生光化學效應,而在物質表層留下標記。所以,用準分子激光打標時,標記邊緣十分清晰。由于材料對紫外光的吸收大,激光對材料的作用只發(fā)生在材料的表層,對材料幾乎沒有燒損現(xiàn)象,因此準分子激光器更適合于材料的標記
紫外激光加工進程稱為“光蝕”效應,“冷加工”具有很高負荷能量的(紫外)光子,能夠打斷資料或周圍介質內(nèi)的化學鍵,至使資料發(fā)作非熱進程損壞。這種冷加工在激光符號加工中具有特別的含義,因為它不是熱燒蝕,而是不發(fā)生"熱損傷"副作用的、打斷化學鍵的冷剝離,因此對被加工外表的里層和鄰近區(qū)域不發(fā)生加熱或熱變形等作用。所加工出來的資料具有潤滑的邊緣和極低限度的碳化.
工業(yè)化大批量自動化生產(chǎn)流水線環(huán)境下,紫外激光打標機因為其光質量,峰值高,脈寬窄,加工過程熱影響小等優(yōu)勢,在電光轉換效率更高的條件下,成為工業(yè)加工制造生產(chǎn)商的寵兒,能滿足工業(yè)化大批量生產(chǎn)的需求打標。