1 Предговор
В края на 70-те и началото на 80-те години на миналия век на международната сцена тихомълком се появи чисто{2}}нова технология за лазерно приложение-технология за лазерно маркиране-. Машината за лазерно маркиране представлява значително приложение на принципите на лазерна обработка; по-специално, той използва обработен лазерен лъч за облъчване на повърхността на материала. Светлинната енергия мигновено се преобразува в топлинна енергия, което кара повърхностния материал да се стопи или дори да се изпари за миг, като по този начин създава маркировки, съставени от текст, шарки и други елементи.
2 Области на приложение и предимства на лазерното маркиране
В индустриалния сектор има постепенен преход от електрическа обработка към ерата на оптична обработка. Машините за лазерно маркиране са много гъвкави, предлагат отлични резултати и стабилност и следователно са намерили широко приложение в много области. Те са способни да гравират различни метални материали-както и определени не-метални материали-или да създават трайни маркировки против-фалшифициране, които са изключително трудни за копиране. Улеснени от компютърни входни и изходни системи и използвайки сканиращ механизъм с галванометър, тези машини постигат висока скорост на обработка. Тяхната напълно затворена система за-насочване на светлина демонстрира силна адаптивност към различни условия на околната среда, докато модулната им вътрешна структура опростява поддръжката и обслужването; те са особено-подходящи за интегриране в „он-онлайн“ производствени работни процеси. Машините за лазерно маркиране вече се използват широко за прилагане на търговски марки, партидни номера, дати, баркодове и други идентификатори към широк спектър от продукти, включително различни хардуерни елементи, метални съдове, прецизни инструменти, автомобилни компоненти, електронни части, режещи инструменти, подаръци, часовници, водопроводни инсталации, рамки за очила, катарами за багаж, ципове, копчета, обувки катарами и компютърни клавиатури. Фигури 1 и 2, съответно, илюстрират модели, създадени чрез лазерно маркиране върху магнитен диск и гумичка. Подлагайки се на обработка с лазерно маркиране, продуктите могат да бъдат повишени по отношение на качеството и подобрени по отношение на пазарната конкурентоспособност.
Лазерното маркиране притежава предимства, които са почти несравними с традиционните методи (като химическо ецване, електроразрядна обработка, механично гравиране и печат). Първо, той използва технология за цифрово управление (NC)-или директно компютърно управление-, което прави изключително лесно променянето на съдържанието на маркирането; тази способност отговаря идеално на високата-ефективност и бързите-изисквания на съвременното производство. Второ, чрез използване на лазер като среда за обработка, той постига изключителна прецизност на гравиране, като същевременно демонстрира широка съвместимост с различни материали, което позволява създаването на изключително сложни и изключително издръжливи маркировки върху широка гама от повърхности. И накрая, тъй като процесът не включва физически контакт или механична сила, упражнявана върху детайла, той гарантира, че оригиналната прецизност и целостта на детайла са напълно запазени. Може да служи като последен етап от производствения процес, като по този начин елиминира необходимостта от довършителни операции след-маркиране. Неговият метод на обработка е много гъвкав, способен да покрие изискванията както на лабораторен-стил, дребно-серийно производство, така и-широкомащабно промишлено производство. Освен това не генерира замърсители и не причинява замърсяване на околната среда-фактор от особено значение в днешния свят, където опазването на околната среда е все по-приоритет. Най-важното е, че маркировките, създадени с помощта на технология за лазерно маркиране, са изключително трудни за фалшифициране или промяна, като по този начин предлагат стабилни възможности за-против фалшифициране. От 1990 г.-водена от нарастващата зрялост на технологията за лазерно маркиране, непрекъснатото усъвършенстване на оборудването за лазерно маркиране и задълбочаващото се разбиране на пазара за тази нова техника-и до голяма степен поради своите отличителни предимства, технологията за лазерно маркиране придобива все по-широко приложение в международен план. По-специално, когато известната американска корпорация Intel пусна новото си поколение компютърни CPU чипове-Pentium, Pentium Pro и Pentium MMX-, тя използва технология за лазерно маркиране, за да впише маркировки върху повърхността на всеки един чип.
3 Класификация на машините за лазерно маркиране
Как се постига лазерно маркиране? Най-общо казано, лазерното маркиране се извършва под компютърен контрол чрез създаване на относително движение между детайла и лазерния лъч; това кара лазерния лъч да премахне желаните символи и шарки върху повърхността на детайла. Теоретично, докато може да се установи контролирано относително движение между лазера и детайла, може да се реализира лазерно маркиране. Следователно текущата област на лазерното маркиране включва голямо разнообразие от машини за лазерно маркиране.
Въз основа на това дали лазерният лъч е неподвижен или в движение, машините за лазерно маркиране могат да бъдат широко категоризирани в два типа: системи с фиксиран-лъч и системи с движещ се-лъч. Както подсказват имената, първият включва неподвижен лазерен лъч с движещ се детайл, докато вторият включва движещ се лазерен лъч с неподвижен детайл. Машините за лазерно маркиране с-фиксиран лъч обикновено използват-контролирана с ЦПУ-двуизмерна работна маса за манипулиране на детайла, който се маркира. Основното им предимство е сравнително ниската им цена; недостатъците им обаче са еднакво очевидни: ниска скорост на маркиране, по-ниска точност на маркиране, трудности при маркиране на сложно съдържание като снимки и предизвикателството да се интегрират в онлайн производствени линии. Машините за лазерно маркиране с-движещ се лъч могат да бъдат допълнително подразделени на различни типове въз основа на специфичния метод на манипулиране на лъча; докато всяка от тях притежава свои собствени уникални предимства и недостатъци, системите с подвижни-лъчи като цяло превъзхождат системите с-фиксирани лъчи. Сред системите с движещ се{13}}лъч, машината за лазерно маркиране-базирана на галванометър се откроява като основен пример. Понастоящем в международната общност за лазерно маркиране е широко признато, че сред разнообразния набор от налични машини, системата-базирана на галванометър-благодарение на многобройните си присъщи предимства-се е появила като основен продукт и се счита за окончателна посока за бъдещото развитие на технологията за лазерно маркиране.
Въз основа на вида на използвания светлинен източник машините за лазерно маркиране могат също да бъдат класифицирани като машини за лазерно маркиране YAG и машини за лазерно маркиране с CO2; тези два различни източника на светлина са подходящи за маркиране на различни видове материали. Поради разликите в дължината на вълната машините за лазерно маркиране с газ CO2 са ограничени до маркиране на не-метални материали, докато YAG твърдо-лазерните маркиращи машини могат да маркират както не-метални, така и метални материали. Основните консумативи за машина за лазерно маркиране с газ CO2 са газовата смес или резервните лазерни тръби; освен това германиевите лещи са компоненти,--износващи се, които имат относително висока цена. За разлика от това, основният консуматив за YAG твърдо{11}}лазерна маркираща машина е лампата с помпа (импулсните лазери използват ксенонови лампи, докато лазерите с непрекъсната -вълна използват криптонови лампи), която е евтина. През последните години, водени от спада в цената на полупроводниковите лазери, се появи нов тип лазерна технология: полупроводникови-изпомпвани лазерни кристали (като YAG), които генерират лазерен лъч с дължина на вълната 1064 nm. Тези системи се характеризират с-експлоатационен живот без поддръжка от 10 000 часа, компактен отпечатък и-за разлика от традиционните системи-не изискват широкомащабна-охлаждаща инфраструктура. Daheng Laser (Китай) беше пионер на вътрешния пазар, като успешно разработи първата машина за лазерно маркиране YVO4 с полупроводникова-помпа; тази технология е достигнала напреднал международен стандарт и оттогава се е превърнала в стандартизиран, утвърден продукт.
4 Избор на машини за лазерно маркиране
Системите за лазерно маркиране използват лазерна енергия за създаване на маркировки върху субстрат; въпреки това, получените действителни ефекти могат да варират драстично в зависимост от фактори като вида на използвания лазер и присъщите свойства на материала на субстрата. Например CO2 лазерите с непрекъсната{1}}вълна обикновено създават следи чрез повърхностна аблация (ецване); импулсни газови лазери с напречно възбудено атмосферно-налягане (TEA) постигат маркиране чрез карбонизация; ексимерните лазери разчитат на фотохимични реакции; докато Nd:YAG лазерите използват методи на термохимична реакция.
Всяко конкретно приложение представя уникален набор от изисквания за производителност; следователно изборът на лазерна система не може да бъде направен произволно. За дизайнерите на системи за лазерно маркиране критичното предизвикателство се състои в избора на най-подходящата лазерна дължина на вълната и оптична конфигурация за всеки даден субстратен материал, за да се гарантира създаването на идеална, високо-качествена маркировка. Ключът към успешното лазерно маркиране се крие в стриктното прилагане на методологията "6-Sigma". Например, в контекста на пластмасовото маркиране, дизайнерите трябва да анализират задълбочено както химическия състав на материала, така и процеса на формоване, за да осигурят равномерно разпръскване на добавките и да улеснят всеобхватната интеграция на технологии за контрол на качеството - като системи за машинно зрение.
Управляемите с{0}} лъч Nd:YAG и CO2 лазерни системи остават до днес най-идеалните решения за приложения за лазерно маркиране. Илюстрация на физическата конфигурация на машина за лазерно маркиране Nd:YAG може да бъде намерена на Фигура 3. Типична система използва чифт сканиращи огледала за насочване на лазерния лъч, насочвайки го през система от обективни лещи, за да се фокусира точно върху целевата повърхност; тези огледала изпълняват своите сканиращи движения в строго съответствие с командите, издадени от контролния компютър. Други лазери-като импулсни напречно възбудени газови лазери с атмосферно-налягане-използват маркиране с маска, докато CO2 лазерни точково-матрични системи за маркиране също имат място в индустрията за маркиране.
