固體激光器鞏固激光打標領域

 

　　固體激光器具有體積小、使用方便、輸出功率大的特點。固體激光器一般連續功率在100瓦以上，脈沖峰值功率可高達109 W。但由于工作介質的制備較復雜，所以價格較貴。

 

　　多年來，激光打標幾乎“入侵”到各種制造業中。在性能和機器成本方面，激光打標技術更是突飛猛進。本文著重介紹了脈沖固體激光打標技術和應用。連續波固體激光器很少用于打標。二氧化碳激光器廣泛應用于有機材料（比如木材、皮革等）的包裝打標。與固體激光器應用相比，二氧化碳激光器可應用于低對比度、工作面積更大的打標。固體激光器和二氧化碳激光器的應用并沒有明顯的重疊之處。

 

　　哪種才是合適的激光器？

 

　　許多人都同意這一觀點：汽車的馬力越大，車速也就越快。這種觀點非常簡單，但不幸地是并不正確，也許還有其他更重要的因素。是不是還要考慮汽車的重量和牽引輪胎質量？一臺馬力稍遜的汽車很有可能在車速上會超過其他車。激光打標也會有同樣的情況，要為當前的任務選擇合適的激光器，對于激光器來說，要考慮的參數不是馬力而是功率。其他要考慮的因素還有脈沖頻率、脈沖寬度和峰值頻率。

 

　　激光打標首先應該考慮客戶的需求。人們通常需要在打標質量、打標時間以及打標深度三者之間進行權衡。打標所花費的時間和打標深度很容易量化。然而對于打標質量來說，每一個客戶都有不同的期望，客戶考慮的因素有：色彩對比、邊緣質量（銳利、潔凈、筆直、毛刺）、表面光潔度、線寬、分辨率、曲面上打標的一致性、抗劃傷性（僅對塑料而言）、熱影響區域（HAZ）以及脈沖到脈沖的穩定性，這還僅僅是列出了一部分因素。除了打標技術規范，一些客戶還要求打標方法具備多用性，比如要求能夠對多種材料進行打標，或者對同一種材料進行重復打標。

 

　　激光打標技術

 

　　由于需求的復雜性，目前不存在一個簡單的規則適用于所有應用——因為每一種應用都不相同?？s小參數范圍的唯一方法就是詳細了解不同激光打標技術的優劣，才有可能找到適合特定需求的激光器。一個應用的最終檢驗總是在應用實驗室內由專業人士完成。當前使用的激光打標類型有三種：Nd:YAG（棒激光器）、Nd:YVO4（棒激光器）以及光纖激光器。Nd:YAG已經幾乎完全被二極管泵浦激光器技術所取代。高性能YAG和釩酸鹽激光器是水冷式的，但在性能稍低時也可以是風冷的。大多數光纖激光器也是如此。假定在同時采用最先進設計的情況下，就耗材、電源要求和泵浦二極管壽命而言，YAG、釩酸鹽和光纖激光器的運行成本幾乎完全一樣。因此，客戶可以選擇適合他們應用需求的激光器，而不用考慮成本問題。

 

　　相關的光束特性

 

　　在金屬上進行雕刻要求材料能夠熔化和蒸發。這一工藝可以這樣解釋：平均激光功率用來熔化材料，峰值功率用來蒸發材料。達到最佳雕刻率有一個關鍵點，就是正好有足夠多的已熔化材料能在有效峰值功率下被蒸發。如果已熔化材料過多，會導致雕刻率下降以及過多的再鑄材料和毛刺。如果已熔化材料不足而峰值功率充足，會導致雕刻率下降。只有在高峰值功率下，才能在一些陶瓷和塑料上打出精密的高對比度標記。

 

　　脈沖寬度

 

　　所有的固體激光打標系統都是納秒級激光器。Nd:YAG激光器通常是10到150納秒，釩酸鹽激光器是5到30納秒。這兩種激光器的脈沖寬度會隨著頻率的增加而變長。光纖激光器的脈沖寬度或是固定在100納秒范圍內，或是通過使用主振蕩光纖功率放大器（MOFPA）設計，從而讓脈沖寬度在10到200納秒間變動。脈沖寬度影響到材料的熱穿透深度。短脈沖是靈敏型應用的理想選擇，例如對油墨層做晝夜不間斷的潔凈燒蝕，以及對低熱影響區域（HAZ）的金屬打標。這種應用的一種例子就是在航空航天工業中的應力部件上打標。對于塑料來說，沒有通用的規則，有些適合長脈沖，有些適合短脈沖。