Co2鐳射打標機的原理?

基本原理

  鐳射打標是用鐳射束在各種不同的物質表面打上永久的標記。打標的效應是通過表層物質的蒸發露出深層物質,或者是通過光能導致表層物質的化學物理變化而"刻"出痕跡,或者是通過光能燒掉部分物質,顯出所需刻蝕的圖案、文字。

  目前,公認的原理是兩種:

  "熱加工"具有較高能量密度的鐳射束(它是集中的能量流),照射在被加工材料表面上,材料表面吸收鐳射能量,在照射區域內產生熱激發過程,從而使材料表面(或塗層)溫度上升,產生變態、熔融、燒蝕、蒸發等現象。

  "冷加工"具有很高負荷能量的(紫外)光子,能夠打斷材料(特別是有機材料)或周圍介質內的化學鍵,至使材料發生非熱過程破壞。這種冷加工在鐳射標記加工中具有特殊的意義,因為它不是熱燒蝕,而是不產生"熱損傷"副作用的、打斷化學鍵的冷剝離,因而對被加工表面的裡層和附近區域不產生加熱或熱變形等作用。例如,電子工業中使用準分子鐳射器在基底材料上沉積化學物質薄膜,在半導體基片上開出狹窄的槽。

鐳射標記印刷原理  鐳射標記印刷是通過鐳射打標機實現圖文印刷的,其基本原理是,由鐳射發生器生成高能量的連續鐳射光束,當鐳射作用於承印材料時,處於基態的原子躍遷到較高能量狀態;處於較高能量狀態的原子是不穩定的,會很快回到基態,當原子返回基態時,會以光子或量子的形式釋放出額外的能量,並由光能轉換為熱能,使表面材料瞬間熔融,甚至氣化,從而形成圖文標記。

 1.鐳射發生器

  下文將以氪燈鐳射打標系統為例,說明鐳射發生器的原理。氪燈通電後,以20kV的高壓擊穿氪燈中的氪氣後,電源自動轉換輸出電壓為100V(5A),維持氪燈連續的弧光放電。在鐳射發生器中,氪燈位於橢圓形聚光腔的1個焦點上,氪燈產生的弧光經聚光腔反射後,再全部聚焦在另一個焦點--晶體釔鋁石榴石 (YAG)上,YAG吸收泵浦光後,形成波長為1060nm的連續鐳射,連續鐳射在諧振腔中垂直於光軸的前鏡和後鏡間往返振盪,並從前鏡輸出。

  2.打標原理

  射頻驅動器(RFDriver)控制Q-開關的開關狀態,連續鐳射在Q-開關的作用下,變成峰值功率達110kW的脈衝光波,經過光孔的脈衝光達到閾值後,由諧振腔輸出到達擴束鏡,光束經擴束鏡放大後傳輸到掃描鏡,由伺服電機帶動X軸、Y軸方向的掃描鏡片旋轉進行光掃描,最後經平面聚焦場將鐳射的功率進一步放大後,聚焦在工作平面上進行打標。整個過程由計算機按程式控制。

  3.鐳射打標的特點

  鐳射打標機因其特殊的工作原理,與傳統標記方式(移印、噴碼、電腐蝕等)相比,具有許多優越性;

1)非接觸加工可在任何規則或不規則表面列印標記,且打標後工件不會產生內應力;2)材料適用面廣可在金屬、塑料、陶瓷、玻璃、紙張、皮革等不同種類或不同硬度的材料上列印;3)可與生產線上的其他裝置整合,提高生產線的自動化程度;4)標記清晰、持久、美觀,並可有效防偽;5)使用壽命長、無汙染;6)執行成本低打標速度快且標記一次成型,能耗小,因而執行成本低。雖然鐳射打標機的裝置投資比傳統標記裝置大,但從執行成本而言,使用鐳射打標機要低得多。①塑封三極體打標:打標機工作速度為10個/秒,若裝置折舊以5年計算,打標費用為0.00048元/個。如果使用移印機,其綜合執行成本約為0.002元/個,甚至更高。②軸承表面打標:若軸承三等分打字,總共18個4號字,採用振鏡式打標機,以氪燈燈管的使用壽命為700小時計算,則每個軸承的打標綜合成本為 0.00915元。電腐蝕刻字的成本約為0.015元/個。以年產量400萬套軸承計算,僅打標一項,1年最少可以降低成本約6.5萬元。7)加工效率高計算機控制下的鐳射光束可以高速移動(速度達5~7米/秒),打標過程可在數秒內完成。1個標準計算機鍵盤的印字可在12秒內完成。鐳射打標系統均配有計算機控制系統,可以與高速流水線靈活配合。8)開發速度快由於鐳射技術和計算機技術的結合,使用者只要在計算機上程式設計即可實現鐳射列印輸出,並可隨時變換列印設計,從根本上替代了傳統的模具製作過程,為縮短產品升級換代週期和柔性生產提供了便利工具。9)加工精度高鐳射能以極細的光束作用於材料表面,最細線寬可達到0.05mm。為精密加工和增加防偽功能開創了寬廣的應用空間。鐳射印標能滿足在極小的塑料製件上印製大量資料的需要。例如,可印製要求更精確,清晰度更高的二維條碼,與壓印或噴射打標方式相比,有更強的市場競爭力。10)維護成本低鐳射打標是非接觸式打標,不像模版印標工藝有使用壽命的限制,在批量加工中的維護成本極低。11)具有環保性鐳射打標為非接觸式打標,節約能源,相對於腐蝕法,避免了化學汙染;相對於機械式打標,也可減少噪聲汙染。

  4.鐳射標記的應用範圍適用於鋼、不含鐵金屬、合金和無機物打標,及陶瓷、鑽石和矽質材料的微加工。目前鐳射打標技術的應用包括ABS鍵盤,HDPE、PP、PET和PVC剛性容器和容器蓋,尼龍和PBT元器件,HDPE開關按鈕,PVC管件等的標記印刷。

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