激光在塑料上打標(biāo)技術(shù)及應(yīng)用

????? 激光是最受青睞的標(biāo)識(shí)技術(shù)之一。金屬、塑料、陶瓷以及其他材料都可以用波長(zhǎng)1064 nm（紅外線）、532nm（綠光）和355nm（紫外線）的激光輻射來(lái)打標(biāo)。作為一種工具，激光可以適用于數(shù)字、文本、商標(biāo)或機(jī)讀碼，比如具有高信息密度、以不同規(guī)模排列在緊密空間的數(shù)據(jù)矩陣碼。?

??????通過(guò)這種方式，高速打標(biāo)可以縮短生產(chǎn)過(guò)程的周期時(shí)間，同時(shí)，不需要昂貴的前期工作和最后的修整工作。此外，激光器能夠很容易地整合到自動(dòng)化生產(chǎn)線上。通過(guò)用戶友好程序界面，可以很快切換到新的加工；結(jié)果是獲得具有很好重復(fù)性以及耐老化、耐磨損的產(chǎn)品。?

???? 在塑料打標(biāo)的應(yīng)用中，激光的潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)。除了以上提到的好處之外，倍頻激光器和三倍頻激光器的日漸推廣，以及材料和工藝的組合的多樣性，正在為激光在塑料行業(yè)中的應(yīng)用開拓更多新領(lǐng)域。?

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?????? 圖1、所謂的助聽器的冷打標(biāo)——使用UV
波長(zhǎng)直接與塑料表面產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，而沒(méi)
有加熱材料。?

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圖2、塑料中不同的添加劑和顏料，能夠?qū)?br>材料對(duì)激光的吸收起到正面影響。

??????? 精密打標(biāo)
??????? 對(duì)于塑料的打標(biāo)，調(diào)Q短脈沖固體激光器或者光纖激光器是常用的類型。這些激光器通常具有不到100W的平均功率，脈沖持續(xù)時(shí)間在10到100ns之間。脈沖頻率達(dá)120kHz，而在光纖激光器的案例中，甚至達(dá)1MHz。這樣，與待標(biāo)識(shí)材料之間的相互作用能夠進(jìn)行微調(diào)。脈沖時(shí)間短導(dǎo)致幾十千瓦的高脈沖峰值功率達(dá)到10W的平均值。
??????? 激光器是二極管泵浦激光器，具有高能效。它們具有很好的聚焦能力，因此非常適用于精細(xì)打標(biāo)。二極管泵浦固體激光器具有很高的光束質(zhì)量，使打標(biāo)過(guò)程中的激光光束獲得很小的聚焦直徑。這樣，能夠在微小部件上實(shí)現(xiàn)小至30 m的精密打標(biāo)軌道寬度。
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??????? 吸收特性的適應(yīng)
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??????? 用于打標(biāo)的激光器通常產(chǎn)生的是紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射。綠光激光器和紫外線激光器則針對(duì)塑料和半導(dǎo)體材料。在特殊的打標(biāo)應(yīng)用中，使用UV波長(zhǎng)，開創(chuàng)了激光在塑料上打標(biāo)的新的可能。短波長(zhǎng)直接與塑料復(fù)合物產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，而沒(méi)有加熱，從而不對(duì)材料產(chǎn)生破壞（圖1）；尤其是一些比較挑剔的材料，如含有阻燃劑的塑料，或者敏感的電子元件等。這些激光器在非常高的速度之下完成高對(duì)比度的打標(biāo)，而不會(huì)對(duì)表面質(zhì)量產(chǎn)生任何負(fù)面影響。?
??????? 最重要的一點(diǎn)是，該塑料必須很大程度地吸收激光輻射。塑料的生物大分子結(jié)構(gòu)通常只吸收紫外范圍和遠(yuǎn)紅外（IR）范圍內(nèi)的光（波長(zhǎng)10.6 m）。工程塑料中的添加劑、填料和顏料對(duì)材料的吸收特性產(chǎn)生很大的影響，這樣，塑料能夠更好地在近紅外范圍，或可見綠色激光范圍內(nèi)吸收激光束。通過(guò)這個(gè)方法，能夠獲得更高的打標(biāo)速度和更好的對(duì)比度。
??????? 一些塑料，比如聚乙烯（PE）、聚甲醛（POM）或者聚氨酯（PU），只表現(xiàn)出很弱的對(duì)比度（圖3）。因此，它們不能滿足激光打標(biāo)的高要求。為了令這些材料在很短的加工時(shí)間內(nèi)獲得耐用、高清晰、高品質(zhì)的打標(biāo)效果，就需要特別調(diào)配激光敏感添加劑。它們極大程度地提高了材料的標(biāo)記能力。?

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???? 圖3、為了使用波長(zhǎng)為1064 nm激光打標(biāo)獲
得高對(duì)比度，特殊的激光添加劑被加入到
這些，以及其他一些材料中（如PS、PVC）。

??????? 四種工藝
??????? 一般來(lái)說(shuō)，塑料可以用四種不同的方法進(jìn)行打標(biāo)（圖4）。?

圖4.理論上，通過(guò)四種不同的工藝，塑料能夠被打標(biāo)。
圖中列舉了每種情況下的應(yīng)用案例。
圖4a和b：變色工藝。用于化妝品行業(yè)，如用PE材
料做的眼線液和睫毛膏容器。
圖4c和d：雕刻工藝。用于電子元件行業(yè)，如用EP做
的微電子印刷版電路。
圖4e和f：發(fā)泡工藝。用于汽車工程，如用POM生
產(chǎn)的點(diǎn)火線圈。
圖4g和h：燒蝕工藝。用于汽車工程，如轉(zhuǎn)速表。

??????? 在變色（Discoloration）工藝中，顏色變化在材料的表面發(fā)生（碳化）。這種顏色變化的應(yīng)用在美容用品等大規(guī)模生產(chǎn)中的系列號(hào)和批號(hào)中使用，由于是定制的，這種標(biāo)識(shí)被用于防偽保護(hù)（圖4，a和b）。
??????? 雕刻（Engraving）工藝，通過(guò)熔化和氣化的方式去除材料時(shí)用到（圖4，c和d）。該工藝可以用于電子元件的標(biāo)識(shí)而不會(huì)發(fā)生損壞。
??????? 在發(fā)泡（Foaming）工藝中，激光將表面熔化（圖4，e和f），產(chǎn)生氣泡，光在微小氣泡上反射，使標(biāo)記白色可見。就像圖中在點(diǎn)火線圈表面看到的數(shù)字那樣。
??????? 在燒蝕（Ablation）工藝中，涂層被去掉（圖4，g和h）。該工藝主要用于開關(guān)和一些被稱為晝夜設(shè)計(jì)的操作裝置中，來(lái)獲得很高的對(duì)比度。基底涂料，或半透明基礎(chǔ)材料絕不能受到傷害。具有很好的脈沖，對(duì)脈沖穩(wěn)定性的激光器能夠確保這一點(diǎn)。激光束的高度對(duì)焦能力也非常重要，以使激光燒蝕標(biāo)記獲得銳利的邊緣。
??????? 每一個(gè)案例中的最佳標(biāo)識(shí)方法，都是由每次標(biāo)記的特殊要求、所打標(biāo)的塑料，以及激光波長(zhǎng)決定的。對(duì)大多數(shù)熱塑性塑料，會(huì)用到變色工藝。在材料顏色較暗（大部分是黑色）的案例中，發(fā)泡工藝更常被用到（1064 nm的波長(zhǎng)占有優(yōu)勢(shì)）。而熱固性塑料和彈性體主要使用雕刻工藝。
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??????? 結(jié)論
??????? 盡管激光器可廣泛地應(yīng)用于打標(biāo)中，但一個(gè)綜合的解決方案仍是非常獨(dú)特的。最佳的打標(biāo)過(guò)程，只有通過(guò)客戶和激光器供應(yīng)商之間的密切合作才能夠被驗(yàn)證。諸如波長(zhǎng)、質(zhì)量（對(duì)比度、同質(zhì)性、分辨率和清晰度）、打標(biāo)速度，以及客戶的要求等參數(shù)，對(duì)找到最正確的激光器和最佳的設(shè)置都起到了決定性作用。這個(gè)選擇，以及它作為生產(chǎn)程序中的一個(gè)步驟進(jìn)行整合，確定了生產(chǎn)周期，以及生產(chǎn)部件的數(shù)量和質(zhì)量。