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激光在塑料打标中的应用
材料来源:激光世界           录入时间:2012-6-14 10:37:03

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作为打标应用的可靠工具,激光器已在行业内确立了稳定地位。相比起其他打标技术,激光打标具有灵活性和应用范围广泛等诸多优势,例如其在汽车、电子和医学工程领域已经获得了广泛应用。

 

随着越来越多的消费产品需要标记独立的识别码,以及在生产过程中为了确保不计其数的产品和零部件的可追溯性,归档要求越来越严格,基于诸如此类的原因,市场对激光打标工具的需求正在不断上升。激光器可以应用到各种类型的定制打标工作中,从数字、字母、文本、LOGO,到诸如高密度、机器可读的Data Matrix码。

 

与其他材料相比,一些工业塑料更适合使用激光打标。在某些情况下,使用激光打标所达到的色彩对比,不能满足快速标记技术所要求的可读性和高质量;但是通过使用填料、稳定剂和不褪色颜料这些特殊的激光光敏添加剂,这个问题可以迎刃而解。这种方法还能大大改善适合激光打标材料的可选性试验研究。通常适合激光打标的塑料材料有:聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚氨酯、聚丙烯、聚氯乙烯。

 

不同塑料的激光吸收特征

 

为了能用于激光打标,塑料必须要吸收一定量的激光能量。从宏观层面来看,大部分塑料只吸收电磁波谱中的紫外线和远红外线(CO2激光器,波长10.6μm)。但是通过使用添加剂、填料和颜料,可改变材料的吸收特征,提高其在近红外(1064nm)或可见绿光(532nm)波段的吸收能力,从而能够实现更快的打标速度和更好的标识对比度。

大部分用于打标的激光器输出1064nm的红光,但是为了实现塑料和半导体材料打标,所使用的激光器工作在绿光(532nm)和紫外(355nm)波段。紫外光的应用引发了人们的广泛关注,因为其开辟了塑料打标的新纪元。短波长的紫外光所产生的能量会引发光化反应,但却不会因为过量的热输入而破坏材料。当加工诸如加入阻燃剂的塑料这样的重要材料时,紫外光源能以非常快的速度实现高对比度标刻,并且具有绝佳的表面质量。

 

激光打标塑料

 

在塑料上打标有四种实现方法。变色法:通过只改变材料表面下方的颜色,达到材料变色标识的目的, 如通过碳化实现。雕刻法:将材料的表面区域熔化,并蒸发去除。激光起泡法:将气体气泡融入到材料中,使其膨胀并产生浮雕效果;光线会在改性的材料表面产生衍射特性,从而形成明/暗的对比效果。烧蚀法:根据需要标识的内容,通过部分去除表层材料,留下具有凹凸效果的标记。

 

在实际应用中,具体选择哪种打标技术,取决于打标的具体用途、塑料的类型以及激光光源的波长。变色法适用于大部分热能塑料,碳化法适用于在明亮背景下产生较暗的打标效果,大部分情况下使用波长532nm355nm的激光器。起泡法适用于在黑暗背景下(通常是黑色)产生明亮的打标效果,通常使用波长为1064nm的激光器。遇到热固性和弹性塑料,雕刻法更适用,大部分情况下也使用波长为1064nm的光源。

 

应用于打标的激光器

大部分打标应用使用Q开关短脉冲固体激光器,平均输出功率小于100W,脉冲宽度在10~100nm之间,脉冲重复频率可达100kHz,这为打标材料所需的介入微调提供了足够的范围。短脉冲宽度导致非常高的峰值功率,可高达上千瓦甚至上万瓦,而平均输出功率为10W。高效的二极管泵浦激光器聚焦容易,能够在工件表面上实现精细打标。二极管泵浦固体激光器的具有极佳的光束质量,聚焦直径可设定为很低的值,精准打标时的精确路径宽度可达30μm。因此,即使是非常小的零件,也能使用这样的激光工具进行标识。

 

固体激光器实现矢量标记

固体激光器打标工具的大部分用户使用灵活的矢量打标工艺,两个可移动的镜面分别在X轴和Y轴上反射激光束。镜头系统在工件上聚焦光束,同时特殊设计的聚焦镜头确保焦点保持在同一平面上。工件上的最大反射速度为12m/s,这样就能以每秒几千字的速度实现字母和数字的混合打标。通常打标范围在60mm×60mm~290mm×290mm之间。

 

激光打标:经济、灵活的解决方案

激光器已经成为广泛的打标应用的通用工具,同时其也为定制化的一体化解决方案提供了无限可能。对于希望验证打标工艺的用户,通常与激光器制造商合作能够获得满意的解决方案。这样可确保用户能够选择正确的激光器,确立最优化的工艺参数,充分考虑涉及的各种因素,例如激光波长、打标质量(对比度、同质化、分辨率、可读性)、加工时间,以及一些产品的特殊要求。通常,前期的正确决策,能帮助用户缩短生产周期,并获得高质量产品加工。

激光烧蚀

电源保护开关上的激光打标

唇膏上的激光雕刻

用选择性碳化法做成的奶牛耳朵标签

用起泡发标刻的汽车尾灯Complete text


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