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    干貨分享:激光打標機的特點及與激光表面處理的關系

    發布:2022-08-15 11:59作者:www.qqq911.com點擊:916次

    在過去的幾十年里,激光打標行業發展迅速。如今,有大量的激光打標系統供應商服務于世界各地的各個行業。這個市場的主要變化是引入了低功率脈沖光纖激光器,現在已經發展到幾乎所有供應商都在其產品范圍內提供這種類型的光纖激光打標設備。
    這些激光器通常在 1070 nm 附近為近紅外 (NIR),與較長波長的 CO2 激光器相比,它們的反射率低,因此非常適合標記大多數金屬產品。
    但即使在這個波長范圍內,標記不同金屬的復雜性也不一樣。鋁、銅及其合金幾乎被廣泛應用于所有行業,這些材料可以進行激光打標,但在這些低溫金屬上用肉眼有時很難看到黑點。此外,經過驗證的方法表明,在脈沖持續時間內具有最小損壞的高滲透性材料(例如 B 標記和紋理)通??梢栽跊]有意外非線性行為的情況下進行處理。
    激光表面處理:
    在工業激光材料加工的廣泛領域中,術語“激光表面處理”通常用于描述在近紅外范圍內使用多千瓦連續波 (CW) 激光源的各種加工類型。但是,上述方法與此處描述的方法有很大不同,可以認為它適用于微米和納米級的表面。使用超快短 (10-12) 和飛秒 (10-15) 脈沖激光器已經確定并公布了幾種方法。
    這些方法的主要缺點是即使在此類低功率激光器系列中,其投資和運營成本仍然很高。由于加工速度通常取決于平均激光功率,因此對于大多數工業激光用戶來說,在真實表面涂層條件下進行激光加工的成本可能會令人望而卻步。
    最近,已知的納秒脈沖光纖激光器的脈沖寬度范圍已擴展到亞納秒范圍,其中峰值功率增加了相應的數量級。這使得使用經濟的長皮秒激光源開發新的激光表面處理工藝成為可能。
    盡管這些技術通常被稱為激光表面,但這些工藝在機械上與激光打標密切相關,因為它們僅限于零件的表面處理,通常需要結合激光燒蝕和熔化工藝。圖 1 嘗試使用行業標準術語和關鍵物理機制對這些種類繁多的過程進行分類。
    表面紋理和激光打標分析
    激光打標在以某種方式改變激光打標的表面區域以提供與未打標區域的視覺對比方面具有重要用途。
    筆式輪廓儀可能是測量相關數據的最著名和最常用的方法,這就是為什么選擇它們來進行激光治療的初步評估。表面形態提供了更一般的表面特性和形狀的定性和定量描述,其中成像技術是最合適的。因此,從共聚焦激光掃描顯微鏡中選擇了 2D 和 3D 圖像。
    先進的分光光度計通常用于量化表面顏色。這是通過分析從可見光譜的不同點反射的光來實現的,從而產生一個獨特的反射曲線,它反映了任何表面的特性,無論是否存在鏡面元素。這些設備還經常用于測量表面的 L * 值或表面的色調。今天,這項技術是確定激光打標在各種消費品上的有效性的重要工具。這些反射率曲線和 L * 值用于量化強大的短脈沖光纖激光器對鋁、銅和玻璃三種難處理材料的好處。
    1.金屬和鋁表面的激光紋理。
    在鋁材中,天然氧化層具有吸濕性,其厚度會隨著時間的推移而增加。因此,去除這種粗糙的、受污染的氧化層以暴露下面的鋁以產生足夠的對比度可能就足夠了。另一個復雜的因素是底層鋁的熔化或侵蝕程度會顯著影響標記的外觀。
    通過仔細調整激光設置,您可以獲得更明亮的表面,并具有增強對比度的混合效果。但是,如果您想要獲得較低的 L * 值,則可以在大約 1 mJ 的脈沖能量下在鋁上創建一個更暗、高度氧化的表面,但仍然具有堅固、非脆性的表面,從而使外觀的標志沒有改變。 .視角需要仔細管理過程。增加燒蝕水平以產生微粗糙表面也會導致表面更暗、吸收性更強、L * 值更高。
    從鋁表面去除陽極氧化層是一種常見的方法,同樣的規則也適用于激光雕刻:更多的熔化意味著更多的反射表面。無論是純鋁還是陽極氧化鋁,打標速度都達到了1-2m/s的高水平。最近,已經為一些陽極氧化涂層開發了激光標記技術,以使用具有短納秒和亞納秒持續時間的光纖激光器實現 L * <30,但比上述標記速度慢得多。
    銅金屬表面的激光紋理化
    激光拋光金屬銅以產生對比度是一種相對眾所周知的工藝,但由于金屬固有的高反射率,暗點通常更難實現。
    通過將其與拋光前的表面粗糙度進行比較,可以觀察到激光切割表面粗糙度(<1 μmRa)的差異。但表面結構更復雜,表面得到顯著改善,產生了高吸水性的表面。
    仍然存在非線性等離子體工藝而不是去除熱材料的傳統工藝的假設。另一個重要的證明是,在相同的激光參數下,可以加工 20 μm 厚的銅板而不發生材料變形,但使用平均功率為 28.5 W 的亞納秒激光。
    帶有激光或玻璃標記的表面紋理
    令人驚訝的是,幾乎與銅材料相同的參數可用于標記未鍍膜硼硅酸鹽玻璃的頂部和底部。這再次證實了非線性吸收與高峰值功率光纖激光器的性能有關的假設。觀察去除區域,可以看出“裂紋”非常有限,裂紋<10 μm,表面粗糙度<5 μm Ra。
    本文探討如何量化激光打標和表面圖案,并將這些方法應用于激光打標鋁。標記更復雜的無涂層銅和玻璃表面的技術表明,未來將有更廣泛的表面圖案的技術應用。
    由于固有的高反射和色散系數以及氧化層的揮發性相結合,銅和其他金屬之間的激光焊接一直是低功率熱絲焊接中的一個問題。這種深色標記方法已被證明可以提高焊接銅時的一致性。這些精細結構還可以改善銅或鋁與其他各種金屬之間的粘附力,作為正在進行的研究的一部分,以改善和標準化激光束的表面吸收。
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