CO2激光打標(biāo)技術(shù)在金屬標(biāo)記中的應(yīng)用

    目前各種金屬的加工幾乎都使用Nd∶YAG激光器。然而低功率CO2激光器也能在多種金屬材料上打標(biāo)，包括低碳鋼和不銹鋼、鉻鎳鐵合金以及鈦等。由Synrad公司最近研制成功的60W風(fēng)冷式CO2激光器具有脈沖上升時(shí)間快和光束質(zhì)量高等特點(diǎn)，因而特別適合于金屬打標(biāo)。這種激光器可與檢流計(jì)式打標(biāo)頭組合構(gòu)成一袖珍封裝系統(tǒng)。與YAG系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有小軌跡和費(fèi)用低的特點(diǎn)。面對(duì)眾多工業(yè)領(lǐng)域?qū)υ诟鞣N金屬工件上打標(biāo)的要求，如打印文字、圖形、條形碼或其他碼，CO2激光器將擁有巨大的應(yīng)用市場(chǎng)。  

    在金屬上打標(biāo)通常使用50～２００W的CO2激光器。打標(biāo)的類型有表面熔化型和非表面熔化型兩種。在非表面熔化中，當(dāng)材料由聚焦激光束加熱時(shí)，由表面氧化作用形成變色的標(biāo)記；而在表面熔化中，需要增加激光輻照能量以使金屬材料表面熔化，熔化的金屬再凝固形成標(biāo)記。形成的標(biāo)記類型由激光能量輸入、打標(biāo)的保護(hù)氣體種類和所用材料等因素決定。 

    用60W CO2激光器在316型不銹鋼上打印的標(biāo)記：表面熔化型標(biāo)記，非表面熔化型標(biāo)記因?yàn)樵诮饘偕洗驑?biāo)是一個(gè)高能處理過程，因此光斑尺寸越小，透鏡焦距越短,打出的標(biāo)記質(zhì)量就越高，打標(biāo)周期也相對(duì)短。但這要以縮小整個(gè)打標(biāo)場(chǎng)尺寸為代價(jià)。對(duì)于鋼材來說，最大的實(shí)用光斑直徑為300，最小約為100。這些光斑的大小使打標(biāo)場(chǎng)的尺寸(直徑)分別約為4in和12in。100光斑的功率密度是300 靘 光斑的9倍。很明顯，透鏡焦距和打標(biāo)場(chǎng)尺寸最小化能顯著縮短打標(biāo)周期。 

    對(duì)于一給定的光學(xué)系統(tǒng)，激光器輸出的光束質(zhì)量越高，聚焦后的光斑尺寸就越小，因而能提高加工效率。應(yīng)該使用何種尺寸的光斑亦和標(biāo)記本身的尺寸有關(guān)。對(duì)于大多數(shù)材料而言，最小字符的高度約為光斑尺寸的5倍，即100 靘 的光斑能產(chǎn)生高度為0.02in的字符。金屬表面的光潔度是影響最終加工結(jié)果的重要因素之一。表面粗糙度高的噴砂金屬，其光反射比光潔表面少，因而打標(biāo)時(shí)需要輸入的激光能量也少。裸鋁、赤銅和黃銅不能直接用低功率CO2激光器打標(biāo)，但經(jīng)過陽極氧化或噴涂的表面可用較低功率(10W量級(jí))的CO2激光器打印出清晰的標(biāo)記。