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激光打标与激光外面处理的接洽关系

2017-05-23 09:57 作者: 来源: 本站 浏览: 4,211 次 我要评论激光打标与激光外面处理的接洽关系已关闭评论 字号:

摘要: “>以前几十年间,激光打标家当取得了明显的成长。如今,全球已经丰年夜量办事于各个行业的激光打标体系供给商。这个市场最重要的变更是推出了低功率脉冲光纤激光器,如今已经成长到几乎每个供给商都能在其产品供给范围内供给这类光纤激光打标设备。这些激光器...

“>以前几十年间,激光打标家当取得了明显的成长。如今,全球已经丰年夜量办事于各个行业的激光打标体系供给商。这个市场最重要的变更是推出了低功率脉冲光纤激光器,如今已经成长到几乎每个供给商都能在其产品供给范围内供给这类光纤激光打标设备。这些激光器的波长平日属于1070nm阁下的近红外(NIR)范畴,异常实用于多半金属产品的打标,因为与波长较长的CO2激光器比拟,这种波长的反射率更低。

但即便在这一波长范围内,不合金属打标的难易也不尽雷同。铝、铜及其合金被广泛用于几乎每个行业,这些材料均可采取激光打标,但想在低热前提下在这类金属上打出肉眼清楚可见的深色标记,有时依然会有难度。别的,一种已证实的技巧注解,高透射材料平日可在不与不测非线性特点相干的脉冲宽度内以最低毁伤完成打标和微造型等加工。

激光外面加工

在广泛的工业激光材料加工范畴,激光外面加工这一术语平日被用于描述一系列采取持续波(CW)、功率为数千瓦的近红外激光源的加工活动。然而,以上工艺与本文所描述的可被视作为微米和纳米级外面应用的技巧完全不合。已经采取短脉冲皮秒(10-12)和飞秒(10-15)超快激光器开辟了很多这类工艺,针对非热机制若何对外面进行改性加工,也已揭橥过很多文章。

这些工艺的重要缺点是:即便属于这类激光器门类中的低功率系列产品,它们的投资与运行成本仍然很高。因为加工速度平日取决于激光器的平均功率,对于年夜多半工业激光用户而言,实际外面覆盖率前提下的激光加工成本可能太高。比来,成熟的纳秒级脉冲光纤激光器的范围已扩大到亚纳秒级,随之而来的是以数量级增长的峰值功率才能。是以,这有可能开辟出一种采取具成本效益的长皮秒激光源的新型激光外面加工工艺。

根据业内广为接收的术语以及所涉及的重要物理机制,激光焊接机价格受哪些因素的影响呢?,提出的一系列不合层次的激光外面处理工艺。
固然这些技巧平日被称为激光微造型,从机械角度来看,这些工艺与激光打标互相干注,因为它们局限于对部件的外面处理,平日须要结**用激光消融与熔融工艺。图1测验测验着用行业广为接收的术语以及所涉及的重要物理机制,来对这种范围广泛的工艺进行分类。

近红外光纤激光器

光纤激光器为人广泛所知的优势,确保它们在图1所示的年夜多半应用中成为占主导地位的近红外激光光源选择筹划。当然,脉冲光纤激光源凭借高平均功率(高达4kW),开启了激光干净和激光脱漆的应用。此处所用的新型光纤激光器的脉冲持续时光范围为0.15~5ns、峰值功率可达0.5mW,每平方米的亮度<2,在平均功率最高达30W的前提下,脉冲反复率跨越1MHz。本文旨在促进对微米级激光功能的懂得,这类激光用于平日被认为是难以采取标准红外波长进行打标的材料,如铜和玻璃等材料的外面微造型或打标。

激光微造型与激光打标分析

经由过程必定方法改变激光打标外面区域,使之与未打标区域形成视觉上的对比,这使激光标记变得有效。在此不仅列出了一些早期成果,还采取先辈的分析手段对金属和玻璃外面的激光微造型工艺进行深刻的特点描述和描述。

笔式外面轮廓仪也许是量化外面描写最有名、应用最广泛的技巧,是以,选用了该技巧对激光处理进行初步评估。外面形态学对更广泛的外面特点与外形进行定性、定量描述,成像技巧在这里更为有效。因而,选用了共聚焦激光扫描显微镜的二维和三维图像。

应用岑岭值功率、亚纳秒光纤激光器加工裸铝材料的反射后果。
先辈的分光光度计被广泛应用于量化外面色彩。经由过程对从可见光谱上的多点外面上的反射光进行分析可以或许实现这一目标,无论是否包含高光元素,都可形成反应各外面特点的独特反射曲线。这些仪器也被广泛用于测量外面的L*值或外面色彩的深浅。如今,这种技巧是量化激光对各类花费品的打标效用时必弗成少的对象。这些反射曲线和L*值被用来量化岑岭值功率、短脉冲型光纤激光器(图2)在铝、铜和玻璃这三种具有挑衅性的材料上的效用。

铝材的激光外面处理或微造型

对于铝质材料来说,其天然氧化层具有吸湿性,且厚度会随时光增年夜。所以,去除这层粗拙的受污染的氧化层,以裸露基层铝材,可能足以形成充分的比较度。另一个比较复杂的身分是,基层铝材的熔融或消融程度会明显影响标记的外不雅。细心调剂激光器的参数,可以产生更为光亮的外面,以展示出比较度进步的熔融后果。经由过程应用~1mJ的脉冲能量,激光焊接机,又常称为激光焊机、镭射焊机,是激光材料加工用的机器,按其工作方式分为激光模具烧焊机、自动激光焊接机、激光点焊机、光纤传输激光焊接机,,可以在铝材上形成光彩较深、氧化程度高的外面,然则,假如想要获得低的L*值,同时又可以或许获得稳定的、非易碎型的外面,使得标记的外不雅不会跟着不雅察角度的变更而改变,则须要对工艺进行细心的控制。进步消融程度以形成微粗拙外面,也可以获得色彩更深、接收性较高、L*值较年夜的外面(图3)。所显示的外面尺寸均<10μm,外面粗拙度(Ra)远低于<5μm。

用5ns、75μJ的激光器处理的深灰色铝材外面,放年夜倍数:200X。
从铝外面去除阳极化涂层是一种广泛应用的技巧,雷同的规矩也实用于在基板上应用激光——熔融性强便意味着可以或许产生更具反射后果的外面。不管是裸铝材照样阳极化铝材,打标速度均达到1-2m/s的高程度。比来,已经开辟出在特定阳极化涂层上的激光打标技巧,光纤激光焊接机是将高能激光束耦合进入光纤,远距离传输后,通过准直镜准直为平行光,再聚焦于工件上实施焊接的一种激光焊接设备。,应用低纳秒、亚纳秒光纤激光器可以获得<30的L*值,尽管其打标速度比上述方法要低得多。

用0.15纳秒和1纳秒脉冲处理的 0.8mm厚的铜质材料的外面后果。
铜质材料的激光微造型或打标

对铜质材料进行激光抛光以形成比较是相对较为熟知的办法,然则,因为这种金属与生俱来具有的高反射率,要获得深色的标记平日会更具难度。IPG光子公司硅谷技巧中间(SVTC)开辟出了这类技巧,可在铜质材料外面产生L* 值<30的深色外面。如图5所示,经由过程与抛光前的外面粗拙度比较,可以看出经激光处理外面的粗拙度差别(<1μmRa)。但外面构造更为复杂,外面区域获得了极年夜改良,从而形成了高接收性外面。这从图4可以看出。

图5最右侧部分是未经激光处理的抛光区域,左侧则是激光处理过的区域。这些特点与铝质材料上形成的特点比拟,要小一个数量级(图3)。所获得的外面构造支撑了非线性、等离子控制过程的假设,而不是传统的热去除材料的过程。进一步的相干证据是,同样的激光参数可用于处理20μm厚的铜箔,而不会造成材料变形,尽管应用的是平均功率为28.5W的亚纳秒激光器。

用150皮秒脉冲处理的铜质材料。
玻璃的激光微造型或打标

出乎料想的是,与用于铜质材料几乎雷同的参数也可应用于无涂层硼硅酸盐玻璃高低层外面的打标。这进一步支撑了有关非线性接收是因为岑岭值功率光纤激光器的影响而产生的假说。检查划片区,可以看到“龟裂”情况异常有限,裂纹<10μm,外面粗拙度<5μmRa。图6显示了低倍镜下的划线及非开裂状况。

低倍镜下,处理过的铜质材料上的划线以及非开裂状况。
这个过程中最有趣的成果如图7所示。个中,玻璃外面的反射率可以经由过程改变扫描参数进行严密控制。

经扫描速度为1–1.5m/s的150皮秒激光处理的无涂层硼硅酸盐玻璃的后果。
评论辩论及总结

我们摸索了若何量化激光打标和微造型,并应用这些技巧对铝材进行激光打标。我们还开辟了对更具挑衅性的铜材和无涂层玻璃外面进行打标的技巧,它清楚注解,将来还将会有实用于范围更广泛的外面构造的工艺应用出现。

铜材之间或与其它金属之间的激光焊接一向是低功率热传导焊接范畴的一项难题,这是因为同时存在固有的高反射率和扩散系数,以及不一致的原生外面氧化层。事实注解,这种深色打标技巧在焊接铜时,可以进步一致性。作为正在进行的研究的一部分,经由过程激光束来改良和规范外面接收性,这些精细构造也可以进步铜或铝与其它不合金属之间的结合。

在相干案例中,采取了同样的亚纳秒激光器对金属进行激光预处理,以便其随后可与透射性聚合物粘合在一路。激光干净外面所具有的优势,例如因激光预处理导致的外面积增长以及局部的激光加热,促使特定金属-聚合物组合的结合可轻松达到基材的强度程度。

最后,应用传统激光扫描技巧对光学外面的漫射或光散射才能是有保障的。正在推敲的应用是控制眩光,这反过来又使加工物体更轻易为人眼所见。这里所展示的机能明显加强并且具有成本效益的光纤激光器的问世,使客户可以或许将激光打标从低成本应用转向附加值更高的打标和微造型应用范畴。

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