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激光打標的原理與激光毛化

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激光打標很多客戶與激光打印像混淆,激光打標是使用高能量激光直接按需要照射在材料本體.以改變材料的顏色來顯示出需要的內容.也可稱激光毛化、激光剝陽等稱呼。很多客戶是按照激光在材料上顯示出來的效果來稱謂。

激光表面毛化處理與激光打標原理分析

通過一定方式改變激光打標表面區域,使之與未打標區域形成視覺上的對照,激光標記具有重要的應用。

表面輪廓儀也許是測量相關數據最有名、應用最廣泛的技術,因此,選用了該技術對激光處理進行初步評估。表面形態學對更普遍的表面特性與形狀進行定性、定量描述,成像技術在這里更為有用。因而,選用了共聚焦激光掃描顯微鏡的二維和三維圖像。

激光波長與激光反射率對比表


利用高峰值功率、亞納秒光纖激光器加工裸鋁材料的反射效果

先進的分光光度計被廣泛應用于量化表面顏色。通過對從可見光譜上的多點表面上的反射光進行分析能夠實現這一目標,無論是否包含高光元素,都可形成反映各表面特性的獨特反射曲線。這些儀器也被廣泛用于測量表面的L*值或表面顏色的深淺。現在,這種技術是量化激光對各種消費品的打標效用時必不可少的工具。這些反射曲線和L*值被用來量化高峰值功率、短脈沖型光纖激光器在鋁、銅和玻璃這三種具有挑戰性的材料上的效用。

鋁表面激光毛化效果

鋁金屬的激光表面毛化處理

對于鋁質材料來說,其自然氧化層具有吸濕性,且厚度會隨時間增大。所以,去除這層粗糙的受污染的氧化層,以暴露下層鋁材,可能足以形成充足的對比度。另一個比較復雜的因素是,下層鋁材的熔融或消融程度會顯著影響標記的外觀。

仔細調整激光器的參數,可以產生更為光亮的表面,以展現出對比度提高的熔融效果。通 過使用~1mJ的脈沖能量,可以在鋁材上形成色澤較深、氧化程度高的表面,但是,如果想要獲得低的L*值,同時又能夠獲得堅固的、非易碎型的表面,使得標記的外觀不會隨著觀察角度的變化而改變,則需要對工藝進行仔細的控制。提高消融水平以形成微粗糙表面,也可以獲得顏色更深、吸收性較高、L*值較大的表面 (圖3)。所顯示的表面尺寸均<10μm,表面粗糙度(Ra)遠低于<5μm。

用5ns、75μJ的激光器處理的深灰色鋁材表面,放大倍數:200X

從鋁表面去除陽極化涂層是一種廣泛使用的技術,相同的規則也適用于在基板上應用激光——熔融性強便意味著能夠產生更具反射效果的表面。不管是裸鋁材還是陽極化鋁材,打標速度均達到1-2m/s的高水平。最近,已經開發出在特定陽極化涂層上的激光打標技術,使用低納秒、亞納秒光纖激光器可以獲得<30 的L*值,盡管其打標速度比上述方式要低得多。


通過與拋光前的表面粗糙度對比,可以看出經激光處理表面的粗糙度差異(<1μmRa)。但表面結構更為復雜,表面區域得到了極大改善,從而形成了高吸收性表面。這從圖4可以看出。

 玻璃的激光表面毛化處理或打標

出乎意料的是,與用于銅質材料幾乎相同的參數也可應用于無涂層硼硅酸鹽玻璃上下層表面的打標。這進一步支持了有關非線性吸收是由于高峰值功率光纖激光器的影響而產生的假說。檢查劃片區,可以看到“龜裂”情況非常有限,裂紋<10μm,表面粗糙度<5μmRa。圖6顯示了低倍鏡下的劃線及非開裂 狀況。

出乎意料的是,與用于銅質材料幾乎相同的參數也可應用于無涂層硼硅酸鹽玻璃上下層表面的打標。這進一步支持了有關非線性吸收是由于高峰值功率光纖激光器的影響而產生的假說。檢查劃片區,可以看到“龜裂”情況非常有限,裂紋<10μm,表面粗糙度<5μmRa。圖6顯示了低倍鏡下的劃線及非開裂 狀況。

玻璃表面激光毛化

這個過程中最有趣的結果如圖7所示。其中,玻璃表面的反射率可以通過改變掃描參數進行嚴密控制。

圖7:經掃描速度為1–1.5m/s的150皮秒激光處理的無涂層硼硅酸鹽玻璃的效果

討論及總結

本文探索了如何量化激光打標和表面毛化處理,并使用這些技術對鋁材進行激光打標。對更具挑戰性的銅材和無涂層玻璃表面進行打標的技術表明,未來還將會有適用于范圍更廣泛的表面結構的工藝應用出現。

銅金屬之間或與其它金屬之間的激光焊接一直是低功率熱傳導焊接領域的一項難題,這是因為同時存在固有的高反射率和擴散系數,以及不一致的原生表面氧化層。事實表明,這種深色打標技術在焊接銅時,可以提高一致性。作為正在進行的研究的一部分,通過激光束來改善和


2018年3月15日 10:57
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