通常人們認(rèn)為
激光打標(biāo)和
激光雕刻是一回事,但實(shí)際上,激光打標(biāo)和激光雕刻是兩種不同的加工工藝。
雖然激光打標(biāo)和激光雕刻都是利用激光在材料上刻下擦不掉的印記,但是激光雕刻使材料蒸發(fā),而激光打標(biāo)則使材料熔化,材料表面的熔化會(huì)擴(kuò)展,形成深度為80μm的溝槽,改變材料的粗糙度,并且在材料表面形成黑白對(duì)比。
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激光打標(biāo)的三步驟
(1)激光束作用于材料表面,激光打標(biāo)或激光雕刻的共同點(diǎn)是,激光束是脈沖的,也就是說(shuō),激光系統(tǒng)會(huì)在特定時(shí)間間隔內(nèi)輸出一個(gè)脈沖。一臺(tái)100W的激光器每秒能輸出10萬(wàn)個(gè)脈沖。因此,可以計(jì)算出單脈沖的能量為1mJ,峰值功率可達(dá)10kW。
要控制作用到材料上的激光能量,就要調(diào)節(jié)激光器的參數(shù)。在這類(lèi)應(yīng)用中,最重要的參數(shù)是掃描速度和掃描間距,因?yàn)檫@兩個(gè)參數(shù)決定了作用在材料上的相鄰脈沖的間隔。相鄰脈沖間隔越近,材料吸收的能量就越多。
相比于激光雕刻,激光打標(biāo)需要的能量比較小,因此掃描速度比較快。在決定選擇激光雕刻還是激光打標(biāo)工藝時(shí),掃描速度是一個(gè)關(guān)鍵的決定性參數(shù)。
(2)材料吸收激光能量。激光作用到材料表面后,大部分激光能量被材料表面反射,只有一部分能量被材料吸收并轉(zhuǎn)化為熱量。激光打標(biāo)只需要吸收能量用來(lái)融化材料,而激光雕刻則需要吸收更多的能量以使材料蒸發(fā)。
一旦吸收的能量轉(zhuǎn)化為熱量,材料的溫度就會(huì)上升。達(dá)到熔點(diǎn)時(shí),材料表面就會(huì)融化,發(fā)生形變。
對(duì)于波長(zhǎng)為1064nm的激光,鋁的吸收率為5%,而鋼的吸收率達(dá)30%以上。因此,大家可能會(huì)認(rèn)為鋼更容易被打標(biāo),但事實(shí)并非如此。
(3)材料表面發(fā)生局域膨脹,粗糙度改變。當(dāng)材料在幾毫秒的時(shí)間內(nèi)熔化和冷卻時(shí),材料表面的粗糙度會(huì)發(fā)生變化,形成永久性標(biāo)記,標(biāo)記內(nèi)容包括編碼、標(biāo)志或圖形等。
選擇激光打標(biāo)還是激光雕刻?
了解了激光打標(biāo)和激光雕刻的區(qū)別后,我們現(xiàn)在來(lái)討論根據(jù)哪些參數(shù)來(lái)判定選擇哪一種加工工藝。這里主要考慮三個(gè)參數(shù),它們分別是耐磨性、加工速度,以及材料及其相容性。
(1)耐磨性
激光雕刻比激光打標(biāo)的穿透程度更深。如果被標(biāo)記的工件需要在磨損的環(huán)境中使用,或者需要經(jīng)過(guò)后處理,如表面噴砂、噴丸加工、電泳漆或熱處理等,那么就薦推使用激光雕刻工藝。
(2)加工速度
相比于激光雕刻,激光打標(biāo)由于穿透材料表面的深度更小,因此加工速度更快。如果打標(biāo)件的使用環(huán)境不會(huì)引起標(biāo)記的磨損,例如用于家用電器、電子設(shè)備、促銷(xiāo)品或者珠寶標(biāo)記,建議使用激光打標(biāo)。這樣,既能提高加工速度,標(biāo)記的耐磨性也能滿(mǎn)足應(yīng)用需求。
(3)材料及其相容性
激光打標(biāo)使材料熔化產(chǎn)生輕微的凹凸,而激光雕刻會(huì)使材料直接氣化產(chǎn)生凹槽,由于激光雕刻需要足夠的激光能量,使材料達(dá)到升華溫度,在幾毫秒的時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)掉(氣化),因此激光雕刻并不是在所有材料上都能實(shí)現(xiàn)。