Лазерная маркировка ультрафиолетовым лазером

12-08-2020

С.Шелыгина, А.Акимов, Н.Буров, АО «ЛЛС», Currie Rao, Neo Yang, компания Huaray

Лазерная маркировка - самый современный метод нанесения графической или текстовой информации на поверхности материалов широкого спектра. Она представляет собой локальное облучение поверхности сфокусированным лазерным излучением с высокой плотностью мощности, которое сопровождается удалением материала (абляцией), изменением его цвета и структуры в результате физической или химической реакции. По сравнению с традиционной механической гравировкой, химическим травлением, трафаретной печатью и струйной маркировкой, лазерная маркировка обладает рядом преимуществ.

Таблица 1. Сравнение лазерной маркировки и струйной печати.

		Лазерная маркировка	Струйная печать

Работа	Особенности маркировки	- Перманентное изображение, устойчивое к механическому воздействию, кислотным и щелочным средам - Невозможно изменить без повреждения поверхности изделия	- Неустойчивый рисунок
	Особенности работы	- Высокая эффективность - Работа в режиме 24/7 - Работа в статическом режиме и на высокоскоростной конвейерной линии - Программное обеспечение практически полностью исключает брак - Не требует обслуживания - Не нуждается в создании специальных рабочих условий	- Низкая эффективность - Высокий процент брака; - Зависимость от рабочих условий
	Контент маркировки	Численно-буквенный контент, штрих-, QR-коды, логотипы, графические рисунки любой сложности, голограммы	Маркировка штрих-кодов, номеров, простой графики
	Разрешение	Высокое	Низкое
Установка	Установка	Компактность, простота интеграции в производственную линию	Необходимость воздушного компрессора
Установка	Исходная стоимость	Высокая	Низкая
Стоимость	Стоимость эксплуатации	Низкая	Высокая
Безопасность		Экологически безопасно	Загрязняет окружающую среду

Установки для лазерной маркировки изготавливают на основе газовых (СО₂-), волоконных и твердотельных (Nd:YAG-) лазерных источников.
Лазерные маркеры на основе СО₂-лазера обычно применяются для маркировки неметаллов: стекла, керамики, бумаги, кожи, дерева и т.д.

Волоконные маркеры используются преимущественно для маркировки металлов и пластиков. Этот наиболее распространенный тип оборудования, его популярность обоснована невысокой стоимостью, большим ресурсом работы (около 100 000 рабочих часов без обслуживания) и простотой эксплуатации. Волоконные лазеры конфигурации MOPA с перестраиваемой длительностью импульса позволяют выполнять черную маркировку анодированного алюминия, цветную маркировку некоторых металлов. Однако при маркировке пластиков они выжигают материал, что накладывает ограничения на контрастность и точность маркировки.


Рис. 1. Маркировка СО₂-лазером на яичной скорлупе.	Рис. 2. Маркировка СО₂-лазером на коже.	Рис. 3. Маркировка волоконным лазером на керамике	Рис. 4. Маркировка волоконным лазером на металле

Оборудование на основе ультрафиолетового лазера с длиной волны излучения 355 нм подходит для точной маркировки как металлов так и неметаллов.

355 нм – длина волны излучения третьей гармоники твердотельного лазера. Ее генерация происходит по следующей схеме: источник накачки, диод с длиной волны 808 нм, создает инверсию населенности в кристалле Nd:YVO₄, который излучает на длине волны 1064 нм. Его излучение попадает на нелинейный кристалл I, в котором возбуждается вторая гармоника (532 нм), затем излучение основной частоты смешивается с излучением второй гармоники на нелинейном кристалле II, в результате чего на выходе излучается третья гармоника.

Рис. 5. Схема генерации третьей гармоники твердотельного лазера (на примере УФ-лазера компании Huaray).

Излучение с длиной волны 355 нм подходит для обработки широкого спектра материалов (как металлов, так и неметаллов). Позволяет выполнять точную маркировку термочувствительных элементов за счет меньшего диаметра пятна и механизма так называемой "холодной абляции". Эффект "холодной абляции" осуществляется за счет высокоэнергетических УФ квантов, которые модифицируют материал в ходе фотохимический реакции.

Рис. 6. Диаметр пятна излучения различной длины волны.

Ниже приведены примеры маркировки, выполненной маркировщиками на основе волоконного (Fiber), СО₂- и УФ (DPSS) лазеров на различных материалах.

Рис. 7. Маркировка металла УФ лазером имеет более высокое разрешение.

Рис. 8. Маркировка бумаги: УФ-лазер в отличие от СО2-лазера не карбонизирует бумагу.

Рис. 9. Высокая контрастность маркировки УФ лазером на пластике.

Рис.10. Однородная заливка при маркировке негорючих пластиков.

Рис.11. Маркировка печатных плат. УФ лазер показывает точный резельтат без повреждений.

Рис.12. Маркировка алюминиевых печатных плат: УФ лазер не вызывает повреждений поверхности.

Рис. 13. Сравнение маркировки трубы волоконным лазером (1064 нм) и УФ-лазером (355 нм): волоконный плавит материал, УФ-осветляет.

Рис.14. Контрастная маркировка УФ лазером на цветном пластике.

Некоторые приложения ультрафиолетовых лазерных маркеров:

Обработка материалов электронной промышленности: маркировка / резка печатных плат, гибких печатных плат, разделение кремниевых пластин на кристаллы, маркировка электронных компонентов, LED-панелей и т.д.;
Точная маркировка медицинских инструментов;
Маркировка проводов и труб;
Цветные пластики, сшитый полиэтилен, полиэтилен, ПВХ и др.;
Точная обработка неметаллов: стекла, керамики, бумаги и т.д.

Все приведенные в статье примеры маркировки выполнены на оборудовании компаниями HGTECH на основе твердотельного лазера с диодной накачкой (DPSS) Huaray Precision Laser Co., Ltd.