Что такое лазерная маркировка?
Лазерная маркировка — это универсальный и высокоточный метод нанесения изображений на различные материалы с помощью сфокусированного лазерного луча. Луч фокусируется на поверхности материала, который затем испаряется, оставляя метку. Технология становится все более востребованной в таких отраслях, как производство, автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность и электроника, благодаря своим многочисленным преимуществам. В этой статье мы рассмотрим технологию лазерной маркировки, ее преимущества и принцип работы.
Преимущества лазерной маркировки
Лазерная маркировка обладает рядом преимуществ, которые делают ее оптимальным вариантом для идентификации, отслеживания и персонализации продукции. Вот некоторые ключевые преимущества:
Высокая точность: Лазерные маркеры обеспечивают исключительную точность и аккуратность, позволяя создавать сложные рисунки, мелкий текст и 2D/3D-коды с четкими деталями. Такой уровень точности обеспечивает долговечность даже на небольших или сложных поверхностях.
Бесконтактный процесс: В отличие от традиционных методов маркировки, таких как механическая гравировка или струйная печать, лазер бесконтактный процесс. Он физически не касается материала, что сводит к минимуму риск повреждения или деформации. Это делает лазерную маркировку подходящей для деликатных и чувствительных компонентов.
Постоянство и долговечность: Лазерный луч взаимодействует с материалом, вызывая химические или физические изменения, которые изменяют его внешний вид. Маркировка очень устойчива к износу, выцветанию и коррозии, что обеспечивает долговечную идентификацию даже в сложных условиях. Лазерная маркировка перманента и при этом не изнашивается, устойчива к температурам и кислотам.
Широкий спектр материалов: Маркировка может наноситься на широкий спектр материалов, включая металлы (такие как сталь, бронза, серебро, золото, алюминий и титан), пластмассы (поликарбонат, полиамид), керамику, стекло, резину, дерево и многое другое.
Рис. 1. Лазерная маркировка дерева
Обзор технологии лазерной маркировки
Технология лазерной маркировки использует сфокусированные лазерные лучи для создания меток на поверхности материалов. В зависимости от материала применяются различные виды лазерных излучателей (волоконный или газовый CO₂-лазеры). Процесс включает в себя несколько этапов:
Генерация луча: Лазерная система генерирует высокоинтенсивный луч света. Лазер может быть либо CO2-лазером, либо твердотельным лазером, в зависимости от конкретных требований приложения.
Рис. 2. Конструкция лазерного маркера
Фокусировка луча: Лазерный луч проходит через ряд оптических компонентов, которые формируют и фокусируют его в маленькое, концентрированное пятно. Этот сфокусированный луч позволяет точно контролировать процесс маркировки.
Когда сфокусированный лазерный луч взаимодействует с материалом, он нагревает или испаряет поверхность, оставляя видимую маркировку. Интенсивность, продолжительность и длина волны лазера определяют специфику взаимодействия с материалом.
Системы маркировки CO2
Системы маркировки CO2 используют лазеры на диоксиде углерода (CO2) для генерации лазерного луча, используемого для маркировки. CO2-лазеры — это газовые лазеры, излучающие инфракрасный свет с длиной волны 10,6 микрометра (мкм). Эта длина волны сильно поглощается неметаллическими материалами, что делает системы маркировки CO2 эффективными для применения на бумаге, картоне, стекле, пластике, текстиле и органических материалах.
CO2-лазеры работают путем возбуждения молекул углекислого газа в заполненной газом трубке с помощью электрического разряда. Это возбуждение стимулирует молекулы к испусканию фотонов, что приводит к генерации лазерного луча. Лазерный луч CO2 затем фокусируется и направляется на поверхность материала для создания маркировки.
Рис. 3. Процесс нанесения лазерной маркировки
Системы маркировки CO2 обладают рядом преимуществ для определенных областей применения. Они обеспечивают плавный и чистый процесс маркировки с минимальным термическим повреждением материала. Большая длина волны CO2-лазеров обеспечивает отличное поглощение в неметаллических материалах, что позволяет эффективно наносить маркировку без значительного удаления материала.
Однако у CO2-лазеров есть ограничения, когда речь идет о маркировке металлов. Большая длина волны менее эффективно поглощается металлическими поверхностями, что затрудняет получение высококонтрастных маркировок. Для маркировки металлов обычно предпочитают твердотельные лазеры из-за их лучших характеристик поглощения.
Твердотельные лазеры обычно используются для маркировки металлов, а системы маркировки CO2 хорошо подходят для неметаллических материалов. Понимание характеристик и возможностей каждого типа лазера имеет решающее значение для выбора подходящей технологии для конкретных требований к маркировке.
Твердотельные лазеры
В качестве лазерной среды в них используются твердые материалы, такие как кристаллы или стекла, легированные редкоземельными элементами, например неодимом (Nd), иттербием (Yb) или эрбием (Er). Эти материалы возбуждаются под воздействием интенсивного света или электрической энергии, что заставляет их испускать лазерные лучи.
Выбор лазерной среды определяет длину волны лазерного луча. Твердотельные лазеры могут излучать различные длины волн в зависимости от используемого легирующего элемента и материала носителя. Общие длины волн включают инфракрасный (ИК) и зеленый цвета.
Инфракрасные твердотельные лазеры, обычно излучающие на длине волны 1,06 микрометра (мкм) или 1,064 мкм, обычно используются для маркировки металлов. Они имеют отличные характеристики поглощения в металлах, что позволяет эффективно удалять материал или изменять цвет. Поглощенная энергия лазера вызывает локальный нагрев или испарение материала, в результате чего образуются постоянные и высококонтрастные метки.
Зеленые твердотельные лазеры, излучающие на длине волны 532 нанометра (нм), хорошо подходят для маркировки пластмасс, керамики и органических материалов. Эти лазеры имеют более короткую длину волны и более высокий уровень поглощения в этих материалах, что позволяет получить точные и качественные результаты маркировки.
Твердотельные лазеры обладают такими преимуществами, как высокое качество луча, стабильность и надежность. Они способны обеспечивать высокую пиковую мощность и длительность импульсов, что позволяет точно контролировать процесс маркировки. Кроме того, твердотельные лазеры можно модулировать для создания различных эффектов маркировки, включая отжиг поверхности, изменение цвета или удаление материала.
Материалы, которые можно маркировать
Лазерная маркировка — это универсальная технология, которая может использоваться для маркировки широкого спектра материалов в различных отраслях промышленности. Вот некоторые материалы, которые обычно маркируются с помощью лазеров:
Металлы: Лазер широко используется для маркировки таких металлов, как алюминий, латунь, титан и нержавеющая сталь. Позволяет наносить точную гравировку, идентификационные коды, логотипы, серийные номера и другие изображения на металлические поверхности.
Пластмассы: Лазерная маркировка эффективна на различных типах пластмасс, включая ABS, PVC, поликарбонат, акрил и полипропилен. Она обычно используется для нанесения информации о продукте, брендинга, штрих-кодов, декоративных рисунков, геометрических фигур на пластиковые детали.
Стекло: Позволяет создавать постоянные и высококонтрастные метки на стеклянных поверхностях, не нарушая их целостности. Она используется для маркировки стеклянной посуды, автомобильного стекла, электронных устройств и декоративных изделий из стекла.
Дерево: Лазерная маркировка позволяет гравировать или травить дерево с высокой точностью. Она используется для маркировки деревянной мебели, поделок, музыкальных инструментов и персонализированных изделий из дерева.
Бумага и картон: Данная технология позволяет создавать сложные рисунки, логотипы и текст на бумаге и картоне. Она находит применение в упаковочной, маркировочной и полиграфической промышленности.
Ткани и текстиль: Лазер используется для создания точных и детальных рисунков, узоров и логотипов на тканях и текстиле. В индустрии моды для брендинга, персонализации и художественного оформления текстиля.
Сферы применения лазерной маркировки
Идентификация и прослеживаемость продукции: Лазерная маркировка позволяет наносить информацию о продукции, такую как серийные номера, номера деталей, штрих/двумерные коды, QR-коды на шильдики, провода, проволоки и тд. Это облегчает идентификацию, отслеживание и проверку подлинности продукции на протяжении всей цепочки поставок.
Рис. 4. Нанесение логотипа лазером
Брендинг и персонализация: Маркировка эффективна при нанесении логотипов, торговых марок и элементов брендинга на продукцию. Это позволяет персонализировать изделия, повышая их эстетическую привлекательность и ценность.
Автомобильная и аэрокосмическая промышленность: Технология широко используется в этих отраслях для маркировки компонентов, деталей и узлов уникальными идентификаторами, серийными номерами и спецификациями. Это помогает в контроле качества и прослеживаемости критически важных компонентов.
Медицина и фармацевтика: Лазер используется для маркировки медицинских приборов, хирургических инструментов и фармацевтической упаковки. Она обеспечивает идентификацию продукции, соответствие нормативным требованиям и предотвращение подделок.
Рис. 5. Черная лазерная маркировка скальпеля
Электроника и полупроводниковая промышленность: Технология используется для маркировки электронных компонентов, печатных плат, чипов и полупроводниковых пластин. Она облегчает идентификацию, отслеживание и меры по борьбе с контрафактом в электронной промышленности.
Рекламные и подарочные изделия: Лазер позволяет персонализировать рекламную продукцию, награды, трофеи и подарки. Технология используется для точной гравировки имен, сообщений и рисунков на различных материалах.
Искусство и дизайн: Лазерная маркировка используется художниками и дизайнерами для создания сложных и детальных элементов декора.
Виды лазерной маркировки
Отжиг
При лазерном отжиге луч используется для нагрева поверхности материала, не вызывая испарения или плавления. Процесс включает в себя нагрев материала до температуры ниже точки плавления, вызывая локальные изменения в структуре и цвете материала. Отжиг обычно используется для маркировки металлов, таких как нержавеющая сталь, создавая на поверхности контрастный оксидный слой.
Рис. 6. Алюминиевая табличка с лазерной маркировкой
Лазерная гравировка
Использование лазерного луча для удаления материала с поверхности объекта, создавая постоянный след. Лазерный луч испаряет или сжигает материал, оставляя углубление или канавку. Этот процесс обычно используется для маркировки широкого спектра материалов, включая пластик, дерево, стекло и металлы. Лазерная гравировка обеспечивает высокую точность и позволяет создавать детальные и сложные рисунки.
Абляция
Процесс удаления материала с поверхности лазером. Энергия лазера поглощается материалом, заставляя его испаряться или разрушаться. Абляция часто используется для высококонтрастной маркировки, когда материал удаляется, чтобы обнажить контрастный слой под ним. Этот процесс обычно используется для маркировки анодированного алюминия, многослойных пластмасс, керамики и лакированных металлов.
