激光标记技术的原理及应用
激光是一种与普通光源截然不同的相干光源,由于具有高方向性、高单色性和高能量的特点,自20世纪60年代初出现以来,就备受关注。激光在印刷业主要应用在计算机直接制版系统、激光照排机、激光打印机、全息图像印刷、电子出版、激光标记印刷等方面。其中,激光标记印刷已占到激光加工业的45.3%,且应用领域仍在发展和扩大。
激光标记印刷也称激光打标、激光印标,近年来在印刷领域,如包装印刷、票据印刷、防伪标识印刷中的应用越来越多,有些已用于联机生产。本文将系统介绍激光标记印刷技术及相关设备。
激光标记印刷原理
激光标记印刷是通过激光打标机实现图文印刷的,其基本原理是,由激光发生器生成高能量的连续激光光束,当激光作用于承印材料时,处于基态的原子跃迁到较高能量状态;处于较高能量状态的原子是不稳定的,会很快回到基态,当原子返回基态时,会以光子或量子的形式释放出额外的能量,并由光能转换为热能,使表面材料瞬间熔融,甚至气化,从而形成图文标记。
1.激光发生器
下文将以氪灯激光打标系统为例,说明激光发生器的原理。氪灯通电后,以20kV的高压击穿氪灯中的氪气后,电源自动转换输出电压为100V(5A),维持氪灯连续的弧光放电。在激光发生器中,氪灯位于椭圆形聚光腔的1个焦点上,氪灯产生的弧光经聚光腔反射后,再全部聚焦在另一个焦点--晶体钇铝石榴石 (YAG)上,YAG吸收泵浦光后,形成波长为1060nm的连续激光,连续激光在谐振腔中垂直于光轴的前镜和后镜间往返振荡,并从前镜输出。
2.打标原理
射频驱动器(RFDriver)控制Q-开关的开关状态,连续激光在Q-开关的作用下,变成峰值功率达110kW的脉冲光波,经过光孔的脉冲光达到阈值后,由谐振腔输出到达扩束镜,光束经扩束镜放大后传输到扫描镜,由伺服电机带动X轴、Y轴方向的扫描镜片旋转进行光扫描,最后经平面聚焦场将激光的功率进一步放大后,聚焦在工作平面上进行打标。整个过程由计算机按程序控制。
3.激光打标的特点
激光打标机因其特殊的工作原理,与传统标记方式(移印、喷码、电腐蚀等)相比,具有许多优越性;
1)非接触加工
可在任何规则或不规则表面打印标记,且打标后工件不会产生内应力;
2)材料适用面广
可在金属、塑料、陶瓷、玻璃、纸张、皮革等不同种类或不同硬度的材料上打印;
3)可与生产线上的其他设备集成,提高生产线的自动化程度;
4)标记清晰、持久、美观,并可有效防伪;
5)使用寿命长、无污染;
6)运行成本低
打标速度快且标记一次成型,能耗小,因而运行成本低。