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激光打标机的原理和应用是怎样的

激光打标机就是在各种不同材料的工件表面,用激光形成永久性的标记,激光打标机也称激光标刻或激光标记。与腐蚀、机械冲压、机械雕刻等传统的打标方法相比,激光打标有许多优越性,其主要表现在以下方面,
方法/步骤
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(1)应用范围广,几乎可以在所有的材料表层打上永久性的标记,如各种金属、硬质和软质塑料、各种硬质合金、陶瓷、玻璃、磁带、复合材料和硅等;而且对被加工表面的形状无限制,既可以是平面,也可以是曲面。

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(2)对被加工表面不产生机械压力和机械变形,无污染物,无腐蚀。

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(3)在打标质量和灵活性方面优于传统的打标技术,易于自动化,特别适合于在大规模的生产线上使用。

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(4)能进行高分辨率的缩微打标,这是其它打标方法难以实现的

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(5)打标速度快,重复性好。

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目前常用的激光打标机有两种形式:一种是掩模式的激光打标机,另一种是雕刻式的激光打标机。

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掩模方式的激光打标机是利用高能激光束(通常使用TEA CO2激光器),通过一个掩模板将掩模板的象投影到工件上进行打标的方法;而雕刻方式的激光打标机一般是利用计算机控制扫描振镜或x-y工作台,使一个高度聚焦的激光束(一般用调Q Nd:YAG激光器)在被加工工件上移动扫描进行打标。

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目前,激光打标已在工业生产中获得了广泛的应用,据1992—1993年的世界激光工业报告统计,激光打标机的销售量已仅次于激光切割,处于激光材料加工应用的第二位。 END

激光打标的基本机理
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激光打标是在高能激光束的作用下,使被加工工件发生熔化、汽化、加热变色等物理和化学反应,从而在工件表面留下永久性的标记。根据所用激光能量的不同,激光打标的作用机理可以分为以下几种;

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1.加热改变颜色打标    大多数材料(特别是一些非金属材料,例如塑料、纸、橡胶等)受到激光加热时,材料本身发生化学变化,会导致被打标工件表面颜色发生改变或使其表面光泽变亮。因此,可以利用这种机理进行打标。

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在激光加热时材料颜色发生的这种变化只出现在材料的表层,是由于金属金相结构的改变或非金属的化学组成发生变化而引起的。一般很难预计这些材料,特别是塑料材料在激光作用时颜色改变的情况。

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有时不同厂家生产的同一种型号的塑料会改变成不同颜色。掩模式的激光订标机大多采用这种方式进行打标。这种打标方法所需的功率密度较低,打标部位的温度在材料的熔点以下,打标中引起材料的变形极小,适合于激光在非金属材料上的标记。

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2.熔化打标    在金属被加热到熔点后,由于金属的氧化或者其它杂质的掺入,在金属重新凝固后其表面的颜色也会发生改变。例如,某些钢在熔化后产生的标记的颜色会变暗,待别是当表面有—层油膜的时候,就会在表面产生对比度很大的标记。

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利用这种方法也可以进行激光打标。由于打标前后金属的表面轮廓不发生任何变化,因此这种形式的打标方法在某些应用中具有很大的优越性。例如,医学广的骨胳支板,人工脊柱连接器,心脏起博器等的表面要求尽可能的光滑,所以最好利用这种方法进行打标。熔化打标的方法也适合于一些塑料材料。它们在熔化时会在表面形成沟槽或使其余面结构发生改变。

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3.汽化打标    大多数的材料在其表面温度高于熔点时,都会发生蒸发和汽化。例如钢、铝、钛、铜等金属材料,当Nd;YAG激光束在其表面移动时,表面很容易汽化而形成一条沟槽,从而产生很明显的标记。

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雕刻式的激光打标机即是利用这种方式进行打标的。在汽化打标过程中,激光束的能量密度一般较低,不会造成被加工工件的穿孔。汽化打标产生的标记深度较深,很容易由眼睛分辨出来。掩模方式在对油漆、氧化层和一些塑料打标时,也可采用汽化方式使一部分材料去除,从而达到标记的目的。 END

掩模式激光打标机是怎样的
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掩模式的激光打标机,一般由激光器、掩模版和聚焦透镜组成,激光器多采用TEA CO2激光器,也可用准分子激光器。掩模板由不锈钢板雕刻或光学镀膜制成。掩模板上的图形为待打标的数字、文字、条码、图形等信息,掩模板按这些信息事先被雕空或镀以反光膜。进行打标时,激光束先通过望远镜系统扩束,然后均匀地照在掩模板上,从掩模板上雕空部分通过。

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聚焦透镜将掩模板成象到工件表面,其放大率小于1,以提高到达工件表面的激光功率密度。掩模板可以被放置在聚焦透镜之前,也可以在聚焦透镜之后。在打标过程中,掩模上的所有信息都可以用一个激光脉冲标记在工件上。由于在通过掩模后激光的能量损失很大,因此到达工件的激光能量密度很低,所以这种打标技术只适用于在一些具有高吸收和低熔点的材料上打标,如塑料、木材、油漆和纸等。

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掩模方式打标中,一个脉冲的打标面积由激光的能量、透镜的焦距和材料的特性决定。例如,输出能量为1J的CO2激光器在玻璃和电子元器件上的打标面积为10mm 2,而相同的激光器在白纸上的打标面积可达100mm2。

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掩模方式打标的线宽由光束的发散角和光束在掩模上的衍射以及聚焦透镜的焦距决定。一般打标线宽为o.1mm,高质量的打标线宽可以小于50纳米。打标的深度由材料汽化、氧化的深度决定,一般为1—10纳米。

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在掩模打标方式中,激光作用时间很短,因此可以将被加工元件放在传送带上打标。如果传送带上的元件以1m/s的速度运动,那么在1纳秒的激光脉冲作用时间内,它只移动了1纳米,不会影响打标质量。如果被打标元件同时能够保持—个短暂的静止状态剧变化的、可随意编的任何信息都可以通过掩模系统打标。例如,用脉冲激光器依次照射带有90个图案的旋转的掩棋圆盘上的符号,则这种打标方式可以打出90种不同的图案。 END

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