• 激光雕刻

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    什么是激光雕刻

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    激光雕刻是使用的做法激光器來雕刻的對象。另一方面,激光打標是在物體上留下標記的更廣泛類別的方法,其中還包括由于化學/分子變化、炭化、起泡、熔化燒蝕等引起的顏色變化。該技術不涉及使用墨水,也不涉及與雕刻表面接觸并磨損的工具鉆頭,使其優于必須定期更換墨水或鉆頭頭的替代雕刻或標記技術。

    對于專門設計的“可激光”材料和某些油,激光打標的影響更為明顯。這些包括激光敏感聚合物和新型金屬合金

    術語激光打標也用作通用術語,涵蓋廣泛的表面技術,包括印刷、熱烙印和激光粘合。用于激光雕刻和激光打標的機器是相同的,因此在實踐中沒有知識或經驗的人有時會將這兩個術語混淆。

    激光雕刻機

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    激光雕刻機由三個主要部分組成:激光器、控制器和表面。激光是一種繪圖工具:從它發出的光束允許控制器在表面上描繪圖案。控制器確定瞄準表面的激光束的方向、強度、移動速度和傳播。選擇的表面與激光可以作用的材料類型相匹配。

    雕刻機主要分為三種類型。最常見的是X-Y工作臺,通常,工件(表面)是靜止的,激光光學器件在二維方向上移動,引導激光束繪制矢量。有時激光是靜止的,而工件移動。有時工件在一個軸上移動,而激光在另一個軸上移動。第二種類型適用于圓柱形工件(或安裝在圓柱體周圍的扁平工件),其中激光有效地穿過細螺旋,同時開-關激光脈沖產生所需的光柵圖片。在第三種類型中,激光器和工件都是靜止的,振鏡使激光束在工件表面上移動。使用這種技術的激光雕刻機可以在光柵或矢量模式下工作

    激光束接觸表面的點應在激光光學系統的焦平面上,通常與其焦點同義。該點通常很小,可能不到毫米的幾分之一(取決于光學波長)。當激光束通過表面時,只有該焦點內的區域會受到顯著影響。激光傳遞的能量會改變焦點處的材料表面。它可能會加熱表面并隨后使材料蒸發,或者材料可能會破裂(稱為“玻璃化”或“玻璃化”)并從表面剝落。切割金屬零件的油漆通常是激光雕刻材料的方式。

    如果表面材料在激光雕刻過程中蒸發,幾乎總是需要通過使用鼓風機或真空泵進行通風,以去除此過程中產生的有害煙霧和煙霧,并去除表面上的碎屑,使激光繼續進行雕刻。

    激光可以非常有效地去除材料,因為可以將激光束設計為以將大部分光能轉化為熱量的方式將能量傳遞到表面。光束高度聚焦和準直——在大多數非反射材料(如木材塑料搪瓷表面)中,光能轉化為熱能的效率超過{x%}。但是,由于這種效率,激光雕刻中使用的設備可能會很快升溫。激光器需要精心設計的冷卻系統。或者,激光束可以是脈沖的以減少過度加熱的量。

    通過對控制器進行編程,使激光束隨著時間的推移穿過特定路徑,可以雕刻出不同的圖案。激光束的軌跡經過仔細調節,以實現一致的材料去除深度。例如,避免交叉路徑以確保每個蝕刻表面僅暴露于激光一次,因此去除相同數量的材料。在創建雕刻圖案時也會考慮光束穿過材料的速度。改變光束的強度和傳播可以讓設計更加靈活。例如,通過改變激光在每個脈沖期間打開的時間比例(稱為“占空比”),可以針對材料適當地控制傳遞到雕刻表面的功率

    由于控制器準確知道激光的位置,因此無需在表面添加障礙物以防止激光偏離規定的雕刻圖案。因此,在激光雕刻中不需要電阻掩模。這就是為什么這種技術不同于舊的雕刻方法的主要原因。

    將激光雕刻技術納入行業規范的一個很好的例子是生產線。在這個特定的設置中,激光束被導向旋轉或振動的鏡子。鏡子以某種方式移動,可以在被標記的表面上描繪出數字字母。這對于打印沿生產線運行的產品的日期、有效期和批號特別有用。激光打標允許在“移動中”標記由塑料和玻璃制成的材料。進行打標的位置稱為“打標激光站”,這是一種常見于包裝和裝瓶廠的實體。較舊、較慢的技術,如燙印和移印大部分已被淘汰,取而代之的是激光雕刻。

    X和Y托架上的反射鏡可實現精確定位

    對于更精確和更具視覺裝飾性的雕刻,使用激光臺(也稱為“X–Y”或“XY”臺)。激光器通常xxx固定在桌子的側面,并向一對可移動的鏡子發射光線,以便桌子表面的每個點都可以被激光器掃過。在雕刻點,激光束通過雕刻表面的透鏡聚焦,可以描繪出非常精確和復雜的圖案。

    激光工作臺的典型設置包括固定激光發射平行于工作臺一個軸的光,瞄準安裝在可調節導軌末端的鏡子。光束從成45度角的鏡子反射,以便激光沿著軌道的長度精確地傳播。然后該光束被安裝在可移動小車上的另一個鏡子反射,該小車引導光束垂直于原始軸。在這個方案中,可以表示蝕刻的兩個自由度(一個垂直,一個水平)。

    在其他激光雕刻設備中,例如平臺或滾筒雕刻,激光束被控制以將其大部分能量以固定的穿透深度引導到要雕刻的材料中。以這種方式,當雕刻發生時,僅去除特定深度的材料。可以使用簡單的機加工棒或角鐵作為工具,幫助訓練有素的技術人員調整雕刻機以實現所需的聚焦。對于高度沒有明顯變化的表面,這種設置是首選。

    對于高度不同的表面,已經開發了更精細的聚焦機制。有些被稱為動態自動對焦系統。它們實時調整激光參數,以適應材料在蝕刻過程中的變化。通常情況下,表面的高度和深度通過跟蹤針對雕刻表面的超聲波、紅外線或可見光的變化的設備進行監控。這些設備,稱為引導光束或引導激光器(如果使用激光器)有助于引導對激光器透鏡的調整,以確定聚焦在表面上的最佳光斑并有效去除材料。

    “X-Y”激光雕刻機可以在矢量和光柵模式下運行。

    矢量雕刻遵循要雕刻的圖案的線條和曲線,很像基于筆的繪圖儀通過根據圖案輪廓的描述構造線段來繪制。許多早期的標志和牌匾(激光或其他)雕刻使用預先存儲的字體輪廓,以便字母、數字甚至徽標可以縮放到大小并使用精確定義的筆畫進行復制。不幸的是,“填充”區域是有問題的,因為交叉影線圖案和點填充有時會表現出莫爾效應或超級圖案點間距計算不精確造成的。此外,字體的旋轉或動態縮放通常超出了字體渲染設備的能力。PostScript頁面描述語言的引入現在提供了更大的靈活性——現在幾乎所有可以通過支持PostScript的軟件(如CorelDRAW或AdobeIllustrator)在矢量中描述的東西都可以被勾勒出來,填充合適的圖案,并進行激光雕刻。

    光柵雕刻在表面上以一種來回緩慢前進的線性圖案跟蹤激光,這將讓人想起噴墨或類似打印機上的打印頭。圖案通常由控制器/計算機優化,以便圖案兩側不需要雕刻的區域被忽略,從而縮短材料上的痕跡以提高效率.每條線的前進量通常小于激光的實際點尺寸;雕刻線條略微重疊,以創造雕刻的連續性。與所有光柵化設備一樣,如果光柵線的長度或位置相對于相鄰光柵掃描有輕微的變化,曲線和對角線有時會受到影響;因此,精確定位和可重復性對于機器的設計至關重要。光柵化的優點是它產生的幾乎毫不費力的“填充”。大多數要雕刻的圖像都是粗體字母或具有大的連續雕刻區域,并且這些區域都經過良好的光柵化。照片被光柵化(如在印刷中),點比激光光斑大,這些也xxx雕刻為光柵圖像。幾乎任何頁面布局軟件都可用于為X-Y或鼓式激光雕刻機提供光柵驅動程序。雖然傳統的標志和牌匾雕刻出于必要而傾向于使用矢量的實心筆畫,但現代商店傾向于以光柵模式運行他們的激光雕刻機,為傳統的輪廓“外觀”或快速標記輪廓或“陰影”保留矢量要切一個盤子。

    可雕刻的材料

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    天然材料

    有機材料(如木材)的標記基于材料碳化,這會導致表面變暗并具有高對比度的標記。在木頭上直接“燃燒”圖像是雕刻激光的最初用途。此處所需的激光功率通常小于10瓦,具體取決于所使用的激光,因為大多數都不同。胡桃木、桃花心木和楓木等硬木能產生良好的效果。軟木可以明智地雕刻,但往往會在不一致的深度蒸發。打標軟木需要最低的功率水平并實現最快的切割速度,同時主動冷卻(例如,氣流充足的風扇)會抑制點火。硬紙和纖維板效果很好;有絨毛的紙和新聞紙就像軟木。毛皮不可雕刻;成品皮革可以進行激光雕刻,外觀與燙印非常相似。某些乳膠橡膠化合物可以進行激光雕刻;例如,這些可用于制造印章。

    紙美紋紙膠帶有時用作成品和樹脂木材上的預雕刻外涂層,因此清理工作就是將膠帶從未雕刻的區域撕下,這比去除粘性和煙霧環繞的“光暈”更容易(和不需要清漆-去除化學品)。

    塑料

    每種塑料都有特定的材料特性,尤其是光吸收光譜。激光照射可以產生材料的直接化學改性、熔化或蒸發。由于使用了多種添加劑,例如著色劑、紫外線阻滯劑、脫模劑等,很少能看到純塑料。這些添加劑會影響激光打標的結果。

    標準澆鑄亞克力塑料、亞克力塑料板和其他澆鑄脂通常具有很好的激光效果。一個常見的雕刻獎品是鑄造的亞克力形狀,設計為從背面激光雕刻。苯乙烯(如在光盤盒中)和許多熱成型塑料往往會在雕刻點的邊緣周圍熔化。結果通常是“柔和”的,沒有“蝕刻”對比度。表面實際上可能會在唇部區域變形或“起波紋”。在某些應用中,這是可以接受的;例如,2升汽水瓶上的日期標記不需要很清晰。

    對于標牌和面板等,開發了特殊的激光標記塑料。這些一體化硅酸鹽或其它材料進行從材料過量熱量帶走,然后才能變形。這種材料的外層層壓板很容易蒸發,露出下面不同顏色的材料。

    其他塑料可能會成功雕刻,但建議對樣品進行有序的實驗。據說電木很容易用激光雕刻;一些硬質工程塑料效果很好。然而,膨脹塑料、泡沫乙烯基通常是布線而不是激光雕刻的候選材料。含有氯的塑料(如乙烯基、PVC)在激光照射時會產生腐蝕性氯氣,氯氣與空氣中的氫氣結合產生會損壞激光雕刻系統的汽化鹽酸聚氨酯和硅樹脂塑料通常效果不佳——除非它是一種填充有纖維素、石頭或其他一些穩定的配方絕緣體材料。

    Leviton或Lutron等公司的許多電開關板都可以進行激光雕刻。同樣,可能需要進行實驗以開發正確的激光設置,以雕刻表面而不是熔化表面。通常,激光雕刻之后會在雕刻表面回填油漆,以在雕刻表面和周圍表面之間產生更多對比。

    激光雕刻

    Kevlar可以進行激光雕刻和激光切割。然而,Kevlar在蒸發時會釋放出極其危險的煙霧(氰化物氣體)。

    金屬

    金屬是耐熱材料,打標金屬需要高密度激光照射。基本上,平均激光功率導致熔化,峰值功率導致材料蒸發。

    xxx的傳統雕刻材料最初是最差的激光雕刻材料。現在已經使用比傳統的10,640nm波長CO2激光器更短波長的激光器解決了這個問題。使用Yb:光纖激光器、1,064nm波長的Nd:YVO4或Nd:YAG激光器,或其532和355nm的諧波,現在可以使用商業系統輕松雕刻金屬。

    涂層金屬

    如果目標是使其他涂層從金屬上蒸發掉,那么阻止金屬局部蒸發的相同傳導是一種資產。激光雕刻金屬板由精細拋光的金屬制成,并涂有一層可“燒掉”的搪瓷涂料。在10到30瓦的功率下,可以非常干凈地去除琺瑯,從而制作出出色的雕刻作品。多激光雕刻方式出售,露出黃銅或銀涂覆的上的黑色或暗的背景漆包刻字。現在有多種飾面可供選擇,包括在搪瓷上絲網印刷大理石效果。

    陽極氧化鋁通常使用CO2激光機進行雕刻或蝕刻。功率低于40W,這種金屬可以輕松雕刻干凈、令人印象深刻的細節。激光漂白白色或銀色鋁基板的顏色。雖然它有多種顏色,但激光雕刻黑色陽極氧化鋁可提供所有顏色的最佳對比度。與大多數材料不同,陽極氧化鋁不會留下任何煙霧或殘留物。

    可以獲得用于激光雕刻金屬的特定用途的噴涂涂層,這些噴涂噴涂一層對激光可見的涂層,該涂層將涂層融合到激光經過的基材上。通常,這些噴劑還可用于雕刻其他光學不可見或反射性物質,例如玻璃,并且有多種顏色可供選擇。除了噴涂涂層外,一些可激光打標的金屬還經過預涂層以進行成像。此類產品會將金屬表面轉變為不同的顏色(通常為黑色、棕色或灰色)。

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    詞條目錄
    1. 什么是激光雕刻
    2. 激光雕刻機
    3. 可雕刻的材料
    4. 天然材料
    5. 塑料
    6. 金屬
    7. 涂層金屬

    輕觸這里

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