雷射標記技術是通過雷射打標機實現圖文印刷的其基本原理是由雷射發生器生成高能量的連續雷射光束。當雷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。
基本介紹
- 中文名：雷射標記技術
- 外文名：Laser marking technology
- 目的：形成圖文標記
- 雷射的特點：高方向性、高單色性和高能量
簡介,原理,套用,
簡介
雷射是一種與普通光源截然不同的相干光源。自20世紀60年代初出現以來，就備受關注，由於具有高方向性、高單色性和高能量的特點。雷射在印刷業主要套用在計算機直接製版系統、雷射照排機、雷射印表機、全息圖像印刷、電子出版、雷射標記印刷等方面。其中，雷射標記印刷已占到雷射加工業的45.3%且套用領域仍在發展和擴大。
軸承專用雷射標記機雷射標記技術印刷也稱雷射打標、雷射印標。近年來在印刷領域，如包裝印刷、票據印刷、防偽標識印刷中的套用越來越多，有些已用於在線上生產。本文將系統介紹雷射標記印刷技術及相關設備。
軸承專用雷射標記機
原理
雷射標記印刷是通過雷射打標機實現圖文印刷的其基本原理是由雷射發生器生成高能量的連續雷射光束。當雷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。
套用
1．雷射發生器
下文將以氪燈雷射打標系統為例。說明雷射發生器的原理。氪燈通電後，以20kV高壓擊穿氪燈中的氪氣後，電源自動轉換輸出電壓為100V5A維持氪燈連續的弧光放電。雷射發生器中，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連續雷射，連續雷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，連續雷射在Q-開關的作用下，變成峰值功率達110kW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雷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．雷射打標的特點
雷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、塑膠、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設備集成，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、無污染；
6運行成本低
打標速度快且標記一次成型。能耗小，因而運行成本低。
雖然雷射打標機的設備投資比傳統標記設備大。但從運行成本而言，使用雷射打標機要低得多。
①塑封三極體打標：打標機工作速度為10個/秒。若設備折舊以5年計算，打標費用為0.00048元/個。如果使用移印機，其綜合運行成本約為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
計算機控制下的雷射光束可以高速移動(速度達57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。雷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
由於雷射技術和計算機技術的結合。用戶只要在計算機上編程即可實現雷射列印輸出，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周期和柔性生產提供了便利工具。
9加工精度高
雷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套用空間。
雷射印標能滿足在極小的塑膠製件上印製大量數據的需要。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
雷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，批量加工中的維護成本極低。
11具有環保性
雷射打標為非接觸式打標，節約能源；相對於腐蝕法，避免了化學污染；相對於機械式打標，也可減少噪聲污染。
4．雷射標記的套用範圍
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。目前雷射打標技術的套用包括ABS鍵盤，HDPEPPPET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
。
雷射打標機的分類與選型
1．根據雷射器分類
1雷射器分類
雷射器分為固體雷射器(釔鋁石榴石YAG和釩酸釔YVO4氣體雷射器(He-N雷射器、CO2雷射器)兩類。
①氧化碳(CO2雷射打標機。用CO2氣體作為激活媒介，發射出紅外區域的10600nm光波。這類雷射器有兩種不同的形式。
a．脈衝式雷射器。利用掩模方法。以短脈衝雷射能量產生標記或圖文。但因為不同的標記需要採用不同的遮擋物，更改標記需要較長的時間。
b．連續式雷射器。採用光筆形式。只有1個能級，技術要求不高，成本低，設備簡單，但輸出能量高，效率高，廣泛用於塑膠的雷射標記印刷。
②釔鋁石榴石雷射打標機。激活媒介是固體。雷射器發射出接近紅外線區域的1060nm光波有連續式、光筆式兩種，通過改變輸出能量，可得到不同強度的雷射束。打標工藝有焦化法(深色標記)發泡法(淺色標記)和燒蝕法(雕刻標記)標記質量極好。
③準分子雷射打標機。可發射出紫外範圍的光波(100400nm激活媒介由氦、氬、氪、氖氣體和氯、氟、溴、碘等鹵素組成的混合物構成。
2二氧化碳雷射與YAG固體雷射打標機的區別
①適用材料不同。二氧化碳雷射打標機只能用於非金屬材料打標；YAG固體雷射打標機既能用於非金屬材料打標，因其波長不同。也能用於金屬材料打標。
②所用耗材不同。二氧化碳雷射打標機的主要耗材是混合氣體和雷射管。另外鍺鏡片也是易損件，價格比較昂貴；YAG固體雷射打標機的主要耗材是泵浦燈(脈衝式雷射器使用氙燈，連續式雷射器使用氪燈)價格低廉。
2．根據雷射輸出形式分類
雷射打標機根據雷射的輸出形式不同。可分為固體掩模式，氣體掩模式、機械掃描式、振鏡掃描式等類型。
3．雷射打標機的選型
雷射打標機的選型主要是根據需要印標產品的材質、產量和標記面積決定。選型原則如下。
1固體掩模式雷射打標機
適用於非金屬材料、標記面積在￠7mm柱面內。大批量生產的產品，如電子元件等。
2氣體掩模式雷射打標機
適用於非金屬材，標記面積在￠20mm柱面內、大批量生產的產品，如電子元件、塑膠瓶、菸酒和食品包裝容器等。
3機械掃描式雷射打標機
適用於單個標記面積在80mm100mm範圍內，單班產量為數千件的產品。
4振鏡掃描式雷射打標機
適用於單個標記面積在￠300mm柱面內、單班產量為數萬件的產品。
雷射打標系統硬體與軟體
1．雷射打標系統硬體的組成
雷射打標系統包括雷射打標機、工作檯和外部水冷系統三大部分。雷射打標機由控制櫃和雷射打標頭組成，並通過系統控制線相連；控制櫃包括雷射電源，RF射頻驅動器，控制計算機、顯示器、主控制板和雷射冷卻系統。
2．雷射打標系統軟體
具有自主著作權的雷射打標系統軟體要具有界面友好和強大的圖形編輯功能。簡單易學，操作方便的特點，帶有視屏監視及熱屏顯示功能，系統可擴展性能強；可進行圖示、字型檔、點陣圖的靈活轉換，支持條碼(128碼、39碼)二維碼(PDF417碼、IDMAIRIX碼)OCR-A軟體、矢量圖及點陣圖輸入、支持AutoCAD-A等繪圖格式；具備系統錯誤及故障報警顯示。
塑膠製品雷射打標
1．塑膠雷射打標工藝
塑膠是一種重要包裝材料。塑膠製品上的商標、條碼和編號等用於識別的記號通常採用印刷、貼上標籤、燙印收縮外包裝等外部加工方式生成，或通過對塑膠製品表面直接進行機械加工，如壓印、雕刻、沖孔等形成標記。而利用雷射打標機在塑膠製品表面列印標記則是一種加工速度高，可保持塑膠製品固有的表面特性，使文字、數字或圖示與塑膠製品成為統一的整體的新型打標技術。塑膠製品雷射打標機利用雷射束在塑膠表面直接生成記號，包括標記、編碼、標籤、字元、線條、數字、甚至色彩，不需要其他加工工序。
2．雷射打標設備與材料
為了得到清晰的雷射標記，必須了解下列幾點：
1雷射打標設備
不同雷射機可發射出不同波長的光。不同雷射的穿透能力也不同；且不同雷射器的適應性對標記質量和標記速度都有影響。
儘管現有的用於塑膠表面打標的雷射光源很多。但密封的二氧化碳雷射器是目前使用最廣泛的打標用雷射器，其次是固態NdYAG雷射器和二極體NdYAG雷射器。因此，塑膠製品打標應首選二氧化碳雷射器，如果不能得到要求的對比度或塑膠熔融過度，可選擇NdYAG雷射器。
①二氧化碳雷射打標機
選擇雷射打標機，費用是一個關鍵因素，一整套二氧化碳雷射打標機售價在2.5萬～3.5萬美元，而1台電子管或二極體NdYAG雷射打標機售價在6萬～7.5萬美元之間。
二氧化碳雷射打標機是通過蝕刻塑膠表面。蒸發清理廢料，得到有對比度的印標，幾乎沒有顏色變化。瓶裝生產線編碼過程中，打標速度是關鍵，尤其在列印大字時一般要使用二氧化碳雷射器。
適宜採用二氧化碳雷射打標機打標的塑膠有PVCABS和大多數聚酯；雲母填充的商用樹脂。
如PP用二氧化碳雷射打標機打標時會產生起霜的灰白印標。儘管二氧化碳雷射打標機的輸出功率可以達到200W但用於塑膠打標的功率只需要1025W最高為50W
②固態NdYAG雷射打標機
NdYAG雷射打標機是目前流行的一般多用於零件的高質量印標，打標設備。如電子連線器，發動機罩等。由於NdYAG雷射打標機產生的雷射波長較短，能量高，因此能得到較高的清晰度。但加熱塑膠會引起熱化學反應(如發泡)和顏色變化。
2成品要求和工藝特點
選用打標設備之前。要了解產量和打標要求。例如，對比度要求高、印標不能有中斷的產品，高頻雷射器是首選。此外，還需注意設備低輸出功率是否適合速度要求。
3塑膠製品對雷射的適應性
不同塑膠具有不同的雷射能量吸收率。有些塑膠因為易吸收能量而易於打標；而有些塑膠則不吸收雷射。根本不能用雷射生成標記。雷射能量的吸收率是波長的函式，因此，相同雷射強度作用下，不同的塑膠會得到不同質量的標記。例如，一些有色高密度聚乙烯和聚碳酸酯在用YAG雷射器時，不用加入任何添加劑就能得到理想的印記；而採用二氧化碳雷射打標機，若不加入特殊添加劑就印不好。此外，塑膠的降解、裂痕、表面的空洞等，也會導致標記質量降低。還有專用於雷射印標的塑膠，除了採用雷射標記添加劑提高塑膠可列印性外。如專用於雷射印標的低光澤黑色乙酸醛共聚物，具有抗紫外線的作用。
4雷射標記添加劑的作用和種類
雷射標記添加劑可改變塑膠的光譜吸收特性，特別是對於不吸收雷射的特殊塑膠，正確使用雷射標記添加劑可適於雷射打標，且質量可與正常標記媲美。
①雷射標記添加劑的功能
雷射標記添加劑的主要功能是吸收雷射能量將雷射束轉換成熱能，。對塑膠產生加熱作用，碳化作用、蒸發作用及化學反應。
②雷射標記添加劑的品種
添加劑產品針對不同的雷射器有多個品種。如，用於二氧化碳雷射打標的添加劑，對於不同化學性質的塑膠，深色背景上的淺色雷射標記及淺色背景上的深色雷射標記有不同的品種。
又如Mark-lt雷射標記色料是一種專為YAG塑膠雷射打標機設計的添加劑。適用於PEPPGPPSHIPSABSPETPBT尼龍、環氧樹脂、ABS/PCPC等塑膠的雷射標記印刷。
