雷射刻印

刻印手法可分成「接觸刻印」和「非接觸刻印」2種。做為使用雷射光的非接觸式刻印手法,以下說明雷射刻印的基本原理和特徵、加工案例等。

雷射刻印的原理

雷射刻印係指對目標物照射雷射光,讓表面溶解、燒焦、剝離、氧化、切削、變色,以刻上商標或商品名稱、序號、型號等的方法。雷射刻印又可分成「遮罩式」和「掃描式」2種。

遮罩方式

遮罩方式

這是以面的方式照射雷射光,在雷射光穿過遮罩的部分刻印的方式。可進行高速、高解析度的刻印,但必須配合刻印內容準備遮罩。因此要刻印各種圖案時,需花費許多工夫和成本,這是其缺點。

掃描方式

掃描方式

這是照射1點的雷射光,用一筆寫完的方式進行刻印。具體來說,就是用掃描鏡掃描由共振腔照射出來的雷射光,在目標物上刻印。
傳統是XY的2軸控制,所以只能在平面上掃描雷射光,現在已經有可用Z軸的掃描鏡控制高度,在各種立體形狀目標物上刻印的雷射刻印機問世。

此掃描鏡又稱為檢流計反射鏡(Galvanometer mirror),使用1個以上的鏡子掃描雷射光的系統稱為「檢流計掃描器 (Galvanometer scanner)」、「Galvano Scanning System」。

現在各種刻印需求增加,且掃描雷射高速化彌補了以往缺點,高自由度的掃描式雷射刻印是最常見的雷射刻印方式。

雷射刻印的優點

以下說明相較於蓋章、標籤、刻印或列印等刻印方式的優點。

可進行高精度刻印

可定點照射雷射光,進行高精度刻印。小字亦可識別,實現確實的品質管理。

刻印不會消失

標籤或列印可能剝離、消失,導致無法識別刻印內容,但雷射刻印不用擔心會消失。

可選擇多種刻印方法

如溶解表面、燒焦表面、剝離電鍍層或塗層、讓表面氧化、變色等。只要選擇合宜的刻印方法,不用挑選目標物的材質,刻印也不會損傷目標物。

可實現高速刻印

利用高功率輸出雷射光,可快速刻印,讓生產更有效率。

雷射刻印的分類

雷射刻印透過以下方法刻印。

印刷面剝離
剝離目標物表面的塗層、印刷或電鍍層等,使基材顏色間產生對比的刻印。
紙箱
紙箱
印刷面剝離
印刷面剝離
透過剝離工件表面的塗層或印刷,使基材顏色間產生對比
表面層剝離
切削目標物表面進行雕刻刻印等。也就是一般所說的刻印手法。
空氣過濾器
空氣過濾器
表面層剝離
表面層剝離
切削工件表面層雕刻
著色
以雷射光燒焦表面層,或讓表面層氧化、變色的刻印。
配線器具
配線器具
著色
著色
工件本身著色產生對比

著色的原理可大致分成4種。

  1. 發泡
  2. 濃縮
  3. 碳化
  4. 化學變化

1.發泡

發泡

一旦照射雷射光,熱效應就會在基材中造成氣泡。氣化並蒸發的氣泡會被封在基材表面層,產生偏白的隆起。在深色的基材中可視性特別良好,會變成「較淡的基材顏色」。

(例)基材顏色:
  • 黑色
  • 灰色著色
  • 紅色
  • 粉色著色

2.濃縮

濃縮

只要「基材」吸收雷射能量,熱效應就會使分子密度上升,濃縮後變色成深色。

3.碳化

碳化

如果繼續用高能量照射,「基材」週遭素材的高分子就會碳化,顯色為黑色。

4.化學變化

化學變化

基材中「顏料」的成分裡面必定包含金屬離子。透過雷射的照射,離子結晶的結構變化和結晶中的水合量就會改變。最後,它的成分組成本身會進行化學變化,也會因為顏料濃度增加發生著色現象。

雷射刻印的加工案例

雷射刻印機透過以下加工方式刻印。並配合目標物材質、加工方法,選擇CO2雷射或YVO4雷射、YAG雷射等。

加工內容 主要目標物材質
溶解表面 樹脂
燒焦表面 紙、樹脂
剝離表面層 經電鍍的金屬、有印刷的紙
讓表面氧化 金屬
切削表面 玻璃、金屬、樹脂
讓表面變色 樹脂

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