Geoff Shannon，Miyachi Unitek公司激光技術(shù)經(jīng)理

激光打標(biāo)作為一種快速、清潔的產(chǎn)品標(biāo)記技術(shù)，正在快速取代傳統(tǒng)老舊的產(chǎn)品標(biāo)記技術(shù)，特別是噴墨技術(shù)。隨著市場對產(chǎn)品零件的跟蹤以及可追溯性要求的不斷增強，特別是在醫(yī)療設(shè)備、汽車和航空等應(yīng)用領(lǐng)域，這些需求正在驅(qū)動零件信息直接標(biāo)記應(yīng)用呈指數(shù)增長。

 鑒于市場上對直接打標(biāo)的廣泛需求，激光打標(biāo)技術(shù)正日益獲得廣泛的市場青睞。這些直接標(biāo)識在零件上的信息，通常是容易被識讀的字母、數(shù)字、條形碼或Data-Matrix^TM代碼。激光打標(biāo)技術(shù)憑借其簡單靈活的自動化打標(biāo)方式、對環(huán)境的友好性以及較低的擁有成本等優(yōu)勢，而備受市場歡迎。目前，市場上存在著多種激光打標(biāo)方案，每種打標(biāo)方案都有其自身的標(biāo)記特性以及適合標(biāo)記的材料范圍，用戶在選擇時，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，選擇最為合適的激光打標(biāo)方案。

激光打標(biāo)簡介

激光打標(biāo)是利用從激光器中輸出的聚焦光束與被標(biāo)記的目標(biāo)物體相互作用，從而在目標(biāo)物體上形成高品質(zhì)的永久性標(biāo)記。圖1給出了典型的激光打標(biāo)機的原理示意圖。從激光器中輸出的光束，由安裝在高速精密電機上的兩個反射鏡控制，以實現(xiàn)光束的運動打標(biāo)。每個反射鏡都沿著單一的軸線運動。電機的運動速度非常快，并且慣性非常小，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對目標(biāo)物體的快速打標(biāo)。經(jīng)過反射鏡引導(dǎo)的光束利用F-θ透鏡聚焦，焦點位于被標(biāo)記的平面上。當(dāng)該聚焦光束與被標(biāo)記物體相互作用時，物體就被“打上標(biāo)記”了。除了被打標(biāo)的位置，物體的其他表面仍然保持不變。

圖1：典型的激光打標(biāo)機的原理示意圖。

通常，激光打標(biāo)系統(tǒng)主要由通過軟件和硬件與一個高速、精密的運動系統(tǒng)耦合到一起的高度靈活、可控的激光源構(gòu)成。除了能夠?qū)崿F(xiàn)打標(biāo)加工外，激光打標(biāo)系統(tǒng)通常還具備切割、鉆孔、拋光、劃線、刮削等機械加工能力。

在激光打標(biāo)系統(tǒng)中，利用軟件控制激光束，進而實現(xiàn)文字、圖形、商標(biāo)、條形碼和Data-Matrix代碼等內(nèi)容的打標(biāo)。通過軟件控制實現(xiàn)的自動化打標(biāo)功能，使激光打標(biāo)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)零件序列化打標(biāo)、日期編碼、可變文本輸入、遠(yuǎn)程編程、輸入/輸出控制和許多其他的編程特性。

激光能夠快速在金屬和塑料上實現(xiàn)精密、清潔的標(biāo)記，這使得激光打標(biāo)適合大多數(shù)制造過程。激光還可用于表面雕刻（一種與打標(biāo)類似的過程），能夠在零件表示上雕刻出既能被人眼看到、又能被手感觸到的標(biāo)記，這是一種改變零件表面的加工方式。

激光打標(biāo)是一種非接觸加工過程，整個加工過程不需要任何耗材，非常清潔，而且頗具能源效益。此外，與傳統(tǒng)的打標(biāo)方式相比，激光打標(biāo)也是一種非常環(huán)保的加工過程，該過程無需使用任何油墨或其他化學(xué)物品。激光打標(biāo)過程能夠?qū)崿F(xiàn)高度靈活性的標(biāo)記過程，以滿足不斷變化的打標(biāo)需求。激光打標(biāo)適合標(biāo)記的材料范圍非常廣泛，這些材料包括鋼材、鋁、聚烯烴、工程和醫(yī)用塑料、硅以及許多其他材料。

激光打標(biāo)非常適合在材料表面上標(biāo)記條形碼和二維條碼。所標(biāo)記代碼的質(zhì)量和分辨率，可以根據(jù)被標(biāo)記表面的空間大小和用戶要求調(diào)節(jié)�？傊�，激光打標(biāo)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)卓越的打標(biāo)數(shù)據(jù)密度，同時還能減少標(biāo)記代碼所需要的空間。

 選擇合適的激光打標(biāo)方案

目前市場上存在的激光打標(biāo)方案所使用的激光器主要有：摻鐿光纖激光器、Nd：YVO₄激光器、綠光（532nm）激光器、紫外線（UV）激光器和CO₂激光器。另外，還有一些高功率應(yīng)用仍在使用Nd：YAG激光器，當(dāng)然隨著技術(shù)的發(fā)展，Nd：YAG激光器已經(jīng)逐漸被上述其他幾種激光器所取代。

上述每種激光器提供不同的輸出波長，并且具有不同的峰值功率和脈沖寬度等光學(xué)屬性。綠光激光器和紫外激光器通常是將：YVO₄激光器的輸出借助晶體元件倍頻，將輸出光的波長從1064nm分別變換到532nm和355nm。根據(jù)所要標(biāo)記的材料、以及用戶對標(biāo)記的清晰度、字符大小和輸入到零件的熱量等要求，不同的激光波長適用于不同的應(yīng)用。圖2給出了適用于打標(biāo)應(yīng)用的不同的激光波長。下面將逐一介紹不同的激光器所提供的打標(biāo)特征及其適用領(lǐng)域。
      

圖2：適合用于打標(biāo)應(yīng)用的不同的激光波長。

鐿光纖打標(biāo)機：打標(biāo)質(zhì)量好，成本效益高

鐿光纖激光器使用從摻鐿光纖中輸出的激光，其泵浦源采用電信級單管式二極管。這種二極管具備長達10萬小時的使用壽命。除了使用壽命長的優(yōu)勢外，光纖激光器還具有較高的能源效率和較少的維護需求，從而其具有最低的擁有成本。

 摻鐿光纖激光打標(biāo)機已經(jīng)成為目前市場上最常用的激光打標(biāo)技術(shù)之一。光纖激光器打標(biāo)機能夠在金屬和塑料材料上實現(xiàn)高質(zhì)量、對比鮮明的打標(biāo)，另外其還能用于金屬雕刻以及加工其他廣泛的材料。圖3顯示了一個用光纖激光打標(biāo)機標(biāo)記的一個產(chǎn)品實例，圖中被標(biāo)記的材料是玻璃纖維（glass-filled plastic）。

圖3：光纖激光打標(biāo)機在玻璃纖維材料上實現(xiàn)的打標(biāo)效果。
 

 Nd：YVO₄打標(biāo)機：專為精細(xì)打標(biāo)而設(shè)計

Nd：YVO₄激光打標(biāo)機專為高分辨率精細(xì)打標(biāo)應(yīng)用而設(shè)計，這些應(yīng)用往往需要標(biāo)記出精密的細(xì)節(jié)特征或者是非常小的特征尺寸。憑借優(yōu)良的光束質(zhì)量和小于0.001英寸（25μm）的焦點尺寸，Nd：YVO₄激光打標(biāo)機能夠在金屬、塑料和陶瓷材料上實現(xiàn)精細(xì)打標(biāo)。此外，由于Nd：YVO₄激光器能夠?qū)崿F(xiàn)非常高的激光峰值功率（大于30kW）和非常短的脈沖寬度（小于20ns），這也為實現(xiàn)高分辨率打標(biāo)提供了所需要的控制水平。

         綠光激光打標(biāo)機：適用于某些塑料、硅及反光金屬

輸出可見綠光的激光器工作在532nm波長，其能在塑料材料上實現(xiàn)對比度清晰的打標(biāo)、能夠在硅材料上實現(xiàn)軟打標(biāo)，還能在金和銀等反光性材料上實現(xiàn)高質(zhì)量打標(biāo)。
 

 紫外激光打標(biāo)機：實現(xiàn)塑料和耐腐蝕性材料的極高分辨率打標(biāo)

紫外激光打標(biāo)機的輸出波長為355nm，可提供獨特的打標(biāo)特性，其能在許多其他激光無法打標(biāo)的塑料上獲得對比度極佳的打標(biāo)效果，例如可用于標(biāo)記醫(yī)用導(dǎo)管和高度耐腐蝕的17-X不銹鋼材料。與光纖激光器、Nd：YVO₄激光器甚至是綠光激光器相比，紫外激光器幾乎能在所有材料上實現(xiàn)最好的打標(biāo)質(zhì)量。355nm波長進一步增加了能夠標(biāo)記的塑料材料的范圍，此外用其在金屬材料上打標(biāo)的時候，還能嚴(yán)格控?zé)崃枯斎搿?/p>

 CO₂激光打標(biāo)機：標(biāo)記印刷電路板、紙張和木材的最佳選擇
        CO₂激光器的工作物質(zhì)由密閉在一個減壓鋁管中的氣體組合而成。CO₂激光器的泵浦能量由射頻（RF）能量提供。CO₂激光打標(biāo)機能夠標(biāo)記塑料，但是標(biāo)記是雕刻上去的，沒有表面對比度。CO₂激光打標(biāo)機的工作波長為10604nm，該波長可廣泛用于標(biāo)記紙張和木材等有機材料，同時也能標(biāo)記印刷電路板（PCB）和玻璃。CO₂激光打標(biāo)機不適合標(biāo)記裸鋁、銅或黃銅和鋼材。圖4顯示了CO₂激光打標(biāo)機在PCB電路板上實現(xiàn)的打標(biāo)效果。
       

圖4：CO₂激光打標(biāo)機在PCB電路板上獲得的打標(biāo)效果。
 

Nd：YAG激光打標(biāo)機：老舊的激光雕刻技術(shù)

Nd：YAG激光打標(biāo)機主要用于大面積金屬打標(biāo)（表面效應(yīng)）和深雕應(yīng)用（深度效應(yīng)）。這些應(yīng)用通常要求較高的激光功率。目前，盡管Nd：YAG激光打標(biāo)機已經(jīng)在很大程度上被其他激光打標(biāo)機所取代，但是其仍在高功率（50~100W）應(yīng)用領(lǐng)域廣泛使用。隨著Nd：YAG激光打標(biāo)技術(shù)逐漸被淘汰，以及光纖激光打標(biāo)系統(tǒng)總體擁有成本的大幅降低，光纖激光打標(biāo)技術(shù)作為一股不斷發(fā)展的新生力量，正開始在高功率市場應(yīng)用中獲得更多市場份額。

幾乎需要直接標(biāo)記或雕刻的所有應(yīng)用，都有著各種各樣的標(biāo)記選擇，激光打標(biāo)技術(shù)為直接標(biāo)記過程提供了一種最新的解決方案。激光打標(biāo)的優(yōu)點包括：永久性的標(biāo)記質(zhì)量；可標(biāo)記文本、圖形、標(biāo)識和數(shù)據(jù)代碼；高度靈活的標(biāo)記方式；可標(biāo)記的材料范圍廣泛。此外，激光打標(biāo)是一種高速加工過程，其能很容易地集成到用戶的生產(chǎn)線中。而且，激光打標(biāo)還是一種非接觸加工過程，這使其安全性進一步增強，并且整個加工過程不需要任何化學(xué)品，因此對環(huán)境也非常友好。