Geoff Shannon，Miyachi Unitek公司激光技術經理

激光打標作為一種快速、清潔的產品標記技術，正在快速取代傳統(tǒng)老舊的產品標記技術，特別是噴墨技術。隨著市場對產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)療設備、汽車和航空等應用領域，這些需求正在驅動零件信息直接標記應用呈指數(shù)增長。

 鑒于市場上對直接打標的廣泛需求，激光打標技術正日益獲得廣泛的市場青睞。這些直接標識在零件上的信息，通常是容易被識讀的字母、數(shù)字、條形碼或Data-Matrix^TM代碼。激光打標技術憑借其簡單靈活的自動化打標方式、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方案，每種打標方案都有其自身的標記特性以及適合標記的材料范圍，用戶在選擇時，需要根據(jù)具體的應用需求，選擇最為合適的激光打標方案。

激光打標簡介

激光打標是利用從激光器中輸出的聚焦光束與被標記的目標物體相互作用，從而在目標物體上形成高品質的永久性標記。圖1給出了典型的激光打標機的原理示意圖。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。每個反射鏡都沿著單一的軸線運動。電機的運動速度非�？�，并且慣性非常小，從而能夠實現(xiàn)對目標物體的快速打標。經過反射鏡引導的光束利用F-θ透鏡聚焦，焦點位于被標記的平面上。當該聚焦光束與被標記物體相互作用時，物體就被“打上標記”了。除了被打標的位置，物體的其他表面仍然保持不變。

圖1：典型的激光打標機的原理示意圖。

通常，激光打標系統(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、可控的激光源構成。除了能夠實現(xiàn)打標加工外，激光打標系統(tǒng)通常還具備切割、鉆孔、拋光、劃線、刮削等機械加工能力。

在激光打標系統(tǒng)中，利用軟件控制激光束，進而實現(xiàn)文字、圖形、商標、條形碼和Data-Matrix代碼等內容的打標。通過軟件控制實現(xiàn)的自動化打標功能，使激光打標系統(tǒng)能夠實現(xiàn)零件序列化打標、日期編碼、可變文本輸入、遠程編程、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、清潔的標記，這使得激光打標適合大多數(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記，這是一種改變零件表面的加工方式。

激光打標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)的打標方式相比，激光打標也是一種非常環(huán)保的加工過程，該過程無需使用任何油墨或其他化學物品。激光打標過程能夠實現(xiàn)高度靈活性的標記過程，以滿足不斷變化的打標需求。激光打標適合標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。

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

 選擇合適的激光打標方案

目前市場上存在的激光打標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，還有一些高功率應用仍在使用Nd：YAG激光器，當然隨著技術的發(fā)展，Nd：YAG激光器已經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)所要標記的材料、以及用戶對標記的清晰度、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用。圖2給出了適用于打標應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特征及其適用領域。
      

圖2：適合用于打標應用的不同的激光波長。

鐿光纖打標機：打標質量好，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。

 摻鐿光纖激光打標機已經成為目前市場上最常用的激光打標技術之一。光纖激光器打標機能夠在金屬和塑料材料上實現(xiàn)高質量、對比鮮明的打標，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機標記的一個產品實例，圖中被標記的材料是玻璃纖維（glass-filled plastic）。

圖3：光纖激光打標機在玻璃纖維材料上實現(xiàn)的打標效果。
 

 Nd：YVO₄打標機：專為精細打標而設計

Nd：YVO₄激光打標機專為高分辨率精細打標應用而設計，這些應用往往需要標記出精密的細節(jié)特征或者是非常小的特征尺寸。憑借優(yōu)良的光束質量和小于0.001英寸（25μm）的焦點尺寸，Nd：YVO₄激光打標機能夠在金屬、塑料和陶瓷材料上實現(xiàn)精細打標。此外，由于Nd：YVO₄激光器能夠實現(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)高分辨率打標提供了所需要的控制水平。

         綠光激光打標機：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、能夠在硅材料上實現(xiàn)軟打標，還能在金和銀等反光性材料上實現(xiàn)高質量打標。
 

 紫外激光打標機：實現(xiàn)塑料和耐腐蝕性材料的極高分辨率打標

紫外激光打標機的輸出波長為355nm，可提供獨特的打標特性，其能在許多其他激光無法打標的塑料上獲得對比度極佳的打標效果，例如可用于標記醫(yī)用導管和高度耐腐蝕的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)最好的打標質量。355nm波長進一步增加了能夠標記的塑料材料的范圍，此外用其在金屬材料上打標的時候，還能嚴格控熱量輸入。

 CO₂激光打標機：標記印刷電路板、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激光打標機能夠標記塑料，但是標記是雕刻上去的，沒有表面對比度。CO₂激光打標機的工作波長為10604nm，該波長可廣泛用于標記紙張和木材等有機材料，同時也能標記印刷電路板（PCB）和玻璃。CO₂激光打標機不適合標記裸鋁、銅或黃銅和鋼材。圖4顯示了CO₂激光打標機在PCB電路板上實現(xiàn)的打標效果。
       

圖4：CO₂激光打標機在PCB電路板上獲得的打標效果。
 

Nd：YAG激光打標機：老舊的激光雕刻技術

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

幾乎需要直接標記或雕刻的所有應用，都有著各種各樣的標記選擇，激光打標技術為直接標記過程提供了一種最新的解決方案。激光打標的優(yōu)點包括：永久性的標記質量；可標記文本、圖形、標識和數(shù)據(jù)代碼；高度靈活的標記方式；可標記的材料范圍廣泛。此外，激光打標是一種高速加工過程，其能很容易地集成到用戶的生產線中。而且，激光打標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品，因此對環(huán)境也非常友好。