在之前的文章中,我有简单谈到过镭雕二维码的相关知识,感兴趣的可以查阅:
加上最近工作中,又遇到了类似的话题,所以想借此机会分享下我知道的和能够查询到的相关知识经验,以便于对有相同问题困惑的朋友们能够带来些启迪。
大致可分为固体、气体、液体 3 种类型。由于目标加工用途不同,适用的激光也有所不同。
▪ 固体
YAG 激光(Nd:YAG),Nd:YVO4 (1064 nm),Yb:光纤 (1090 nm),LD( 650 至 905 nm)。
▪ 气体
CO2 (10.6μm),He-Ne 激光(630 nm),准分子激光(193 nm),氩激光(488 至 514 nm)。
▪ 液体
Dye(330 至 1300 nm)。
在激光加工过程中,影响激光加工质量的因素较多,其中的主要因素有激光器的工
作参量、标刻速度、激光的聚焦特性和材料对激光的吸收率等。
其中,激光器的工作参量包括工作方式、平均功率、波长、脉冲重复频率和脉宽等。
▪ 激光器
激光工作方式:
按照工作方式来对激光器分类,可以分成连续波激光器和脉冲激光器,在激光加工
领域,连续型激光适合非金属材料的加工,而脉冲型激光适合金属材料的加工。与连续型激光相比,脉冲型激光具有更高的峰值功率和加热速度,因其单个脉冲时间小于0.25s,带来的热扩散会更小,因此脉冲型激光加工比连续型激光加工更容易控制热量的输入,获得更好的加工质量。
激光平均功率:
影响加工线槽的深度与宽度的重要因素,当其他加工参数固定不变时,随着激光平均功率增大,单位时间内作用在材料表面的激光能量增加,加工线槽的宽度与深度随着激光平均功率的增加而增大。
脉冲重复频率指的是单位时间内,脉冲出现的次数。当设置不同的脉冲重复频率时,可获得不同的激光功率,并在某一个频率段得到一个最大值,同时,激光的脉宽也会随着脉冲重复频率的变化而变化,导致激光峰值功率改变,影响激光加工的质量。
激光脉宽:
当单脉冲能量一定时,激光脉宽决定峰值功率的大小。激光脉宽越小,单个脉冲的
作用时间越短,能获得更高的激光峰值功率,从而减小热影响区域,提升加工精度。
▪ 标刻速度
标刻速度是指扫描振镜的扫描速度。在激光加工过程当中,激光束会按照一定的频
率与一定的标刻速度以打点的形式先后作用在材料的表面,前后邻近的两个激光光斑可能会产生堆叠现象,形成连续的加工线槽,而两个光斑堆叠的面积与光斑面积的百分比就称为光斑重叠率c。
▪ 激光聚焦特性
焦距:
平行光束经聚焦透镜聚焦后,汇聚于一点,称为焦点,焦点到聚焦透镜的距离就是
焦距,在激光加工中通常采用两种焦距的聚焦镜进行工作,一种是短焦距聚焦镜,另一种是长焦距聚焦镜。相比于长焦距聚焦镜,短焦距聚焦镜的优势在于能汇聚出更小的光斑和更高的功率密度。
焦深:
在焦点前后的一小段距离内,激光束的直径可以达到最小,此时,激光束的功率密
度最高,能量最强,焦点附近能量密度最高的区域深度,称为焦深。
离焦量:
焦点与工件表面的距离定义为离焦量A,一般来说,当离焦量A=0 时,激光束直径最小,能获得的激光功率密度最大;当离焦量A<0 和A>0 时,分别定义为负离焦和正离焦,此时的激光束直径D 较大,激光功率密度无法达到最大。
下图就是一种焦距偏移带来的二维码质量等级的不同现象:
▪ 材料对激光的吸收率
材料对激光的吸收率一般与波长、表层粗糙度有关。首先,材料不同,对激光的吸
收率自然也不同。
材料的表面粗糙度对激光吸收率的影响体现在激光的入射角度,由于材料的表面平整度与光洁度不同,会造成激光的入射角度产生变化,激光会在材料表层进行多次反射,因此材料吸收激光能量的次数增加,从而提高了激光吸收率。
UV激光波长为基本波长激光的1/3,也被称为THG(Third Harmonic Generation:第3谐波)激光。将1064 nm基本波长通过非线性晶体转换成532 nm的波长加上基本波长,再通过另一个单晶,转换为355 nm的波长。
一般来说,UV激光与基本波长激光(IR/1064 nm)或绿色激光(SHG/532 nm)相比,对材料的吸收率更高,刻印面会有效地吸收照射的光。因此,无需提升功率即可实现高可见度的刻印。
因此,我们可以选用UV紫外激光对于塑料树脂产品表面进行镭雕打码。
写在最后
关于二维码标签内容的一周,通常要求预留静默区,主要是为了用于识别信息的开头和结尾,为扫描器提示扫描的时机。
单边距离内容区通常为0.5-1.0mm,有的标准至少为1个模块的单元大小。
参考文献:
1. 基恩士激光刻印讲堂;
2. 355nm紫外激光打标机实用样机的研制-欧佐元
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