廣告:時間還剩10
視頻      在線研討會
半導體激光器 激光切割 激光器
工業(yè)應用
激光打標
為打標應用選擇最佳的激光器
材料來源:激光世界           錄入時間:2011-9-16 14:47:18

 
       注:本文版權(quán)為《激光世界》所有,未經(jīng)許可,請勿轉(zhuǎn)載!

 

作者:Dennis Kaminski;Trumpf公司

   在激光打標應用中,材料類型、打標質(zhì)量要求和打標速度,都是選擇激光器時所要考慮的重要因素。雖然固態(tài)連續(xù)波CO2激光器常用于打標應用,但是它們通常不用于金屬打標,因此下文將重點討論固體脈沖激光器的選擇。目前,市場上存在多種可用于打標應用的脈沖激光器,這些激光器包括NdYAG激光器、NdYVO4激光器以及光纖激光器,當然,每種激光器在打標應用中都各有利弊。

 

除了要深入了解激光器和材料的特性外,還要了解被標記的材料對所選激光器輸出波長的吸收情況,這一點也是非常重要的。通常,有色金屬和非有色金屬材料對1064nm的激光具有良好的吸收;貴重金屬對532nm 355nm波長的光具有很好的吸收;而塑料則能吸收更長波長的激光輸出(見圖1)。
      

1:不同材料對不同波長的激光的吸收情況。

    激光器的選擇考量

NdYAG激光器已經(jīng)擁有了超過25年的使用歷史,目前其已經(jīng)成為工業(yè)應用中的一支主力軍。最初,NdYAG激光器采用燈泵浦,隨后則發(fā)展成為普遍采用二極管泵浦。采用二極管泵浦的NdYAG激光器更加牢固耐用,具有卓越的平均無故障時間(MTBF)。一些制造商預計,在二極管的壽命到達之前,整個系統(tǒng)的MTBF值超過35,000小時。NdYAG激光器的一個顯著優(yōu)勢是其能夠提供優(yōu)異的光束質(zhì)量,能獲得較小的光斑尺寸。小光斑尺寸結(jié)合較短的脈沖,便產(chǎn)生了較高的峰值功率,從而能夠?qū)崿F(xiàn)清晰、整潔的打標和精細深雕。

 

NdYVO4激光器能輸出三種不同的波長:1064nm、532nm355nm。NdYVO4激光器同樣采用二極管泵浦,輸出的脈沖與脈沖之間高度穩(wěn)定,光束質(zhì)量好,因此NdYVO4激光器非常適合燒蝕標記以及熱影響區(qū)(HAZ)類的應用。NdYVO4激光器的應用之一是用于汽車中的“day/night”按鍵打標,其用激光將按鍵頂部的涂層去除,使光能在夜間從背后照亮按鈕。由于去除涂層后的暴露面位置稍低,因此更不易受損。

 

光纖激光器大約于六年前被引入打標市場,目前其已經(jīng)成為每種打標應用中都要考慮應用的熱門話題。在光束質(zhì)量方面,光纖激光器不及NdYAG激光器和NdYVO4激光器,這也限制了其峰值功率的提高。光纖激光器可用于不銹鋼退火,這是因為其能提供較長的脈寬和較大的光斑尺寸,能將更多的熱量匯聚到工件上。值得一提的是,目前只有極少數(shù)光纖激光器制造商能提供可集成到打標系統(tǒng)中的光纖激光器產(chǎn)品。

 

就運營成本和耗材而言,上述三種激光器并太大的不同,因此用戶可以盡情地選擇最佳的激光技術(shù),而不用作成本方面的權(quán)衡。需要牢記的一點是,所有固體激光器的輸出功率會隨著應用時間的推移而有所下降,但廠商可以在產(chǎn)品出廠時對系統(tǒng)進行校準,以保持激光器的輸出功率恒定。這樣,激光器在投入使用后便能保持相同的打標質(zhì)量和打標速度。

 

光束特性——激光打標的光束質(zhì)量是由M2值確定的,M2值通常由激光器制造商提供。高斯光束的M2值為1,因此高斯光束能提供最小的光斑尺寸。NdYAG激光打標系統(tǒng)和NdYVO4激光打標系統(tǒng)能獲得的最佳光束質(zhì)量為M2=1.2;光纖激光器打標系統(tǒng)的最佳M2值為1.7,顯然與上述兩種激光器相比,其光斑尺寸更大、激光功率密度更低。更好的光束質(zhì)量能產(chǎn)生更窄的線寬、更清晰的打標輪廓、更高的打標速度(因為功率密度高)以及更深的雕刻深度。較好的光束質(zhì)量還能提供更深的聚焦深度。例如,用M2值為1.2的激光束在彎曲的表面上打標,相較于使用M2值更高的光束(如光纖激光器的輸出)而言,能夠獲得更清晰的標記。

 

脈沖重復頻率——在峰值功率和脈沖重復頻率的范圍上,NdYAG激光器和NdYVO4激光器與光纖激光器有著很大的不同。作為主振蕩光纖功率放大器(MO​​FPA)的光纖系統(tǒng),其輸出光的脈沖持續(xù)時間可以調(diào)整,這將為優(yōu)化打標過程提供可用的脈沖重復頻率(見表)。

 

表:激光打標系統(tǒng)的典型值

典型值

NdYAG

NdYVO4

鐿光纖激光器

脈沖持續(xù)時間(ns)

10~150

5~30

10~200

光束質(zhì)量 (M2)

<1.2

<1.2

<2

峰值功率 kW)

高:100kW

中:80kW

低:10kW

平均功率 (W)

5~30

5~40

10~50

脈沖重復頻率

5~80kHz

20~120kHz

20kHz~1MHz



打標應用

激光打標應用中常用的術(shù)語包括:雕刻、退火、燒蝕、塑料顏色的變化等。針對具體應用的不同,用戶可以選擇最為合適的激光器,以實現(xiàn)更加優(yōu)化的激光打標過程。當用于燒蝕“day/light”按鍵元件時,NdYVO4激光器表現(xiàn)最好,因為其能提供短脈沖,并能在較高的脈沖重復頻率下保持脈沖與脈沖之間的高度穩(wěn)定性,從而在去除元件表面上的涂層時,不損害下面的塑料基體材料(見圖2)。在標記陽極氧化鋁(anodized aluminum)材料時,也常常使用燒蝕工藝,這是迄今為止最普遍的一種激光加工過程。
 
  
    圖2:一個用于汽車上的塑料成型元件,其上已經(jīng)鍍有涂層。多余的涂層通過激光去除,使變速桿旁的字母顯現(xiàn)出來。

 

另一種常見的應用是退火不銹鋼和鈦材質(zhì)的醫(yī)療元件,如醫(yī)療植入物和醫(yī)療儀器等。在這類應用中,提供較高的集中峰值能量、稍長的脈沖持續(xù)時間是非常重要的,以便在表面上獲得清晰的暗色標識,當然這些標識必須要達到鈍化與高壓周期等測試要求(見圖3)。 
    a

b

c
     圖3:一條長約50µm的退火線顯示了均勻脈沖的加工效果(a),橫截面顯示了退火標記的深度(b)。(c)顯示了醫(yī)用起搏器/除顫器中的鈦罐的打標效果。

 

在雕刻材料時,選擇最佳的頻率和速度參數(shù)至關重要,以實現(xiàn)材料的蒸發(fā)。通常情況下,短脈沖和高峰值功率的激光在這類應用中表現(xiàn)出色。

 

未來,上述提到的三種激光技術(shù)都將在工業(yè)生產(chǎn)中找到各自的用武之地。當然,這些激光技術(shù)將會繼續(xù)發(fā)展以滿足不斷變化的制造需求。在選擇激光打標機時,一定要選擇一個好的激光器供應商作為合作伙伴,這一點也是非常重要的。另外,最好能根據(jù)需要打標的具體材料,對各種激光器進行測試,最后根據(jù)打標速度、打標質(zhì)量和預算方面的考慮,選擇最合適的解決方案。


上一篇:新技術(shù)為太陽能發(fā)展保駕護航 下一篇:激光毛化在冷軋軋輥上的應用
相關文章
·華工激光推出新型自主研發(fā)的光纖激光打標機    產(chǎn)品快訊    2010-8-13 8:22:31
·光纖激光器與傳統(tǒng)的激光器相比優(yōu)勢盡顯    工業(yè)應用    2010-9-3 10:17:05
·Miyachi Unitek推出LMF3500-HP光纖激光打標機    產(chǎn)品快訊    2010-9-17 11:10:43
·西班牙公司研發(fā)出激光標簽蔬菜水果技術(shù)    新聞聚集    2010-11-19 8:46:04
·光纖激光打標在IC卡行業(yè)的應用    工業(yè)應用    2010-11-30 9:47:45
·武漢嘉銘激光研制出新的激光加工工藝    新聞聚集    2010-12-16 10:38:09
·激光打標在低壓電器上的應用及優(yōu)勢    工業(yè)應用    2010-12-24 13:48:58
·為您的應用選擇最佳激光打標方案    工業(yè)應用    2011-1-31 10:20:22
·355nm紫外系列半導體端泵激光打標機    產(chǎn)品快訊    2011-3-8 10:07:32
·532nm綠光系列半導體端泵激光打標機    產(chǎn)品快訊    2011-3-8 10:12:44
·東臺精機:激光打孔機銷售額將超過4000萬美元    新聞聚集    2011-4-21 11:06:39
·脈沖光纖激光器在不銹鋼上實現(xiàn)永久打標    工業(yè)應用    2011-7-11 21:35:34
·Synrad公司CO2激光器用于木制品的引導線打標    工業(yè)應用    2011-7-14 13:30:40
·Synrad 公司CO2激光器用于著色鋅材料組件的打標    工業(yè)應用    2011-7-14 13:32:52
·歐姆龍推出光纖激光振蕩器型激光打標機    產(chǎn)品快訊    2011-7-20 10:48:12
·醫(yī)療外科器械制造商青睞激光打標    新聞聚集    2011-9-6 10:44:06
·Synrad激光器用于聚丙烯環(huán)的打標    工業(yè)應用    2011-9-20 13:42:14
·用光纖激光器實現(xiàn)不銹鋼材料的打標    工業(yè)應用    2011-9-26 11:36:13
·IPG YLP光纖激光器實現(xiàn)更佳醫(yī)療器械打標    新聞聚集    2011-10-17 14:37:10
·Trumpf為SAP環(huán)境提供打標接口    產(chǎn)品快訊    2011-11-3 17:22:43

版權(quán)聲明:
《激光世界》網(wǎng)站的一切內(nèi)容及解釋權(quán)皆歸《激光世界》雜志社版權(quán)所有,未經(jīng)書面同意不得轉(zhuǎn)載,違者必究!
《激光世界》雜志社。



激光世界獨家專訪

 
 
 
友情鏈接

一步步新技術(shù)

潔凈室

激光世界

微波雜志

視覺系統(tǒng)設計

化合物半導體

工業(yè)AI

半導體芯科技

首頁 | 服務條款 | 隱私聲明| 關于我們 | 聯(lián)絡我們
Copyright© 2024: 《激光世界》; All Rights Reserved.