激光打標(biāo)技術(shù)的原理、應(yīng)用及技術(shù)特征

    激光打標(biāo)作為激光材料加工領(lǐng)域的重要組成部分，依托其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，已發(fā)展成為工業(yè)標(biāo)記領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)手段。該技術(shù)通過(guò)激光束與材料表面的相互作用，改變材料的光學(xué)特性或物理形態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)且持久的標(biāo)記效果。

    應(yīng)用場(chǎng)景概述

    激光打標(biāo)的應(yīng)用范圍廣泛，幾乎涵蓋現(xiàn)代工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。從機(jī)械工具、印刷電路板（PCB）、集成電路等精密部件，到電纜、鍵盤(pán)按鍵、信用卡等日常用品，再到食品包裝、瓶罐等消費(fèi)品，均需通過(guò)激光打標(biāo)標(biāo)注型號(hào)、序列號(hào)、標(biāo)識(shí)、條形碼或保質(zhì)期等信息。

    在需要質(zhì)量追溯的場(chǎng)景中，激光打標(biāo)發(fā)揮著不可替代的作用。例如，光伏電池或電子元件所用硅片可通過(guò)激光標(biāo)記記錄其切割來(lái)源的晶錠及具體位置，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，能夠快速追溯源頭并定位問(wèn)題環(huán)節(jié)，顯著提升質(zhì)量管控效率。

    與傳統(tǒng)的噴墨打印、機(jī)械沖壓等標(biāo)記方式相比，激光打標(biāo)具有顯著優(yōu)勢(shì)：加工速度快、運(yùn)行成本低（無(wú)需消耗耗材）、標(biāo)記質(zhì)量穩(wěn)定且持久，同時(shí)可避免化學(xué)污染，還能實(shí)現(xiàn)微米級(jí)的精細(xì)標(biāo)記，自動(dòng)化適配性極強(qiáng)。不過(guò)，其初期設(shè)備投入相對(duì)較高。

    核心技術(shù)機(jī)制

    激光打標(biāo)的實(shí)現(xiàn)依賴于多種物理機(jī)制，主要可分為以下幾類(lèi)：

    激光雕刻：通過(guò)激光束燒蝕材料表面，形成深度通常在100μm以下（特殊情況更深）的痕跡，依靠足夠的深度保證標(biāo)記的清晰度。

    表面層去除：去除材料表面的特定涂層（如陽(yáng)極氧化鋁的氧化層、漆面等），利用底層與表層的光學(xué)差異形成標(biāo)記。

    表面改性：通過(guò)激光與材料的相互作用改變表面特性，進(jìn)而改變其外觀。例如，金屬表面經(jīng)短時(shí)加熱形成薄氧化層，呈現(xiàn)彩色效果；塑料、紙張等材料在激光作用下發(fā)生碳化（輕微燃燒）變黑，或因受熱膨脹呈現(xiàn)淺色；部分工業(yè)添加劑可被激光激活或漂白，形成對(duì)比標(biāo)記。

    透明材料內(nèi)部標(biāo)記：對(duì)于玻璃等透明材料，可通過(guò)聚焦激光脈沖在內(nèi)部產(chǎn)生微小光點(diǎn)。這一過(guò)程常利用激光誘導(dǎo)擊穿效應(yīng)，結(jié)合非線性自聚焦現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)。

    標(biāo)記圖案形成方式

    激光打標(biāo)圖案的形成主要有掃描法和掩模法兩種思路，其中掃描法因靈活性更受青睞。

    掃描法通過(guò)激光束在工件表面的精準(zhǔn)移動(dòng)形成圖案，具體可分為：

    矢量法：激光束沿字母、數(shù)字的輪廓移動(dòng)，能獲得最高的標(biāo)記質(zhì)量；

    區(qū)域掃描法：系統(tǒng)地掃描整個(gè)區(qū)域，通過(guò)控制激光的開(kāi)關(guān)在特定區(qū)域形成圖案，更適合圖形類(lèi)標(biāo)記。

    實(shí)現(xiàn)掃描通常需要激光掃描儀配合ftheta掃描透鏡，確保焦點(diǎn)始終落在平面上，而非曲面上。

    掩模法則是通過(guò)光路中的掩模將圖案一次性投射到工件表面，雖能快速完成標(biāo)記，但需定制掩模，圖案無(wú)法靈活更換，且掩模易損耗，目前應(yīng)用已逐漸減少。

    激光打標(biāo)機(jī)與激光選型

    典型的激光打標(biāo)機(jī)由脈沖固體激光器、緊湊光束傳輸系統(tǒng)及輔助設(shè)備（如排煙裝置）組成，還需配備工件定位或自動(dòng)化傳輸機(jī)構(gòu)，部分設(shè)備為保障安全采用封閉式設(shè)計(jì)，僅在柜門(mén)關(guān)閉時(shí)工作。

    激光器的選型需根據(jù)標(biāo)記材料特性確定：

    塑料、木材、紙板、皮革、亞克力等非金屬材料，常用低功率密封式CO?激光器，可采用連續(xù)波工作模式；

    金屬材料因?qū)?0μm左右波長(zhǎng)的CO?激光吸收較弱，更適合1μm波段的激光器，如燈泵或二極管泵浦的調(diào)QNd:YAG激光器、光纖激光器；

    對(duì)于金等在1μm波段吸收低的金屬，需采用532nm等短波長(zhǎng)激光（通過(guò)YAG激光倍頻獲得）；

    玻璃、陶瓷等特殊材料則需準(zhǔn)分子激光器（紫外脈沖激光）。

    激光的平均功率通常在10100W，高吞吐量設(shè)備功率更高。同時(shí)，激光器需滿足多項(xiàng)要求：波長(zhǎng)匹配材料吸收特性、峰值強(qiáng)度或能量密度達(dá)到閾值、具備合適的重復(fù)頻率以保證速度、結(jié)構(gòu)緊湊且冷卻簡(jiǎn)便（優(yōu)先風(fēng)冷）、成本可控且耐用，能適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的振動(dòng)和光反射影響。部分調(diào)Q激光器還需具備首脈沖抑制功能，避免因脈沖能量波動(dòng)影響標(biāo)記質(zhì)量。

    激光打標(biāo)技術(shù)憑借其高精度、高靈活性和高可靠性，正持續(xù)推動(dòng)工業(yè)標(biāo)記領(lǐng)域的技術(shù)革新，成為現(xiàn)代智能制造中不可或缺的一環(huán)。