Маркиране с влакнест лазер върху трудни метали: алуминий и мед

Защо алуминият и медта предизвикват предизвикателства за стандартното Файбър лазерен маркировчик Настройки

Висока отразяваща способност и топлопроводност: Физически бариери за последователно маркиране

Работата с алуминий и мед представлява реални предизвикателства за стандартните маркиращи устройства с влакнест лазер поради две основни физически характеристики, които те споделят. Първо, двата материала имат много високи показатели за отразяване в близката инфрачервена област – около 90% за медта и между 65% и 95% за различните алуминиеви сплави, в зависимост от това колко чиста е повърхността. Второ, тяхната топлопроводимост е изключителна – достига до 400 W/mK за чиста мед и около 200–250 W/mK за типични алуминиеви сплави. Тези характеристики означават, че по-голямата част от лазерната енергия просто се отразява, вместо да бъде погълната, а каквато и да е енергия, която бъде погълната, бързо се разпространява в целия материал. Това затруднява получаването на ясни и възпроизводими маркировки, тъй като не се случва достатъчно локално стапяне или промяна на цвета. Стандартните настройки обикновено водят до разочароващи компромиси: ниска мощност води до едва видими маркировки, докато висока мощност причинява различни нежелани топлинни повреди. Затова работата с тези цветни метали изисква напълно различен подход в сравнение с въглеродната стомана или титана – подход, който взема предвид точно как взаимодейства светлината с тях и колко бързо топлината се разпространява през тяхната структура.

Чести режими на повреда: Палечни следи, слаб контраст и оксидация на повърхността при отразяващи метали

Без оптимизация на параметрите, стандартните маркиращи влакнени лазери причиняват три повтарящи се повреди при алуминий и мед:

• Термично избягване , където непостоянното абсорбиране води до локално прегряване, карбонизация и изгорени ръбове;
• Маркировки с нисък контраст или плитко залегане , които не изпълняват изискванията за автоматичен визуален контрол и четимост в промишлените стандарти като ISO/IEC 15415;
• Неконтролирана оксидация на повърхността , особено проблем при анодиран алуминий, където промяната в цвета нарушава естетически или функционални спецификации.

Тези проблеми произтичат директно от несъответствие между енергията на импулса, продължителността и геометрията на лъча, а не от грешка на оператора, и редовно довеждат до отхвърляне на части и прекъсване на производството при серийно производство.

Оптимизиране на параметрите на влакнения лазерен маркер за надеждна маркировка на алуминий и мед

Критични настройки: Продължителност на импулса, пиковата мощност, честота и фокусно отместване за отразяващи метали

Надежното маркиране изисква прецизна, взаимозависима настройка на четири основни параметъра:

• Продължителност на импулса : Импулси от 100 нс ограничават енергията преди да настъпи топлинна дифузия, като по този начин се минимизира риска от изгаряне и се запазва цялостността на повърхността;
• Пиков мощност : Интензитети над 80 kW преодоляват първоначалната отразяваща способност, за да започне контролирано взаимодействие с повърхността – от решаващо значение за видим контраст без абляция;
• Честота : Честота на повторение 20–50 kHz осигурява баланс между скоростта на маркиране и достатъчно охлаждане между импулсите, предотвратявайки натрупване на топлина;
• Фокусно отместване : Разфокусирането с 0,5–2 mm разширява лъчевото петно, намалявайки плътността на мощността, за да се потисне оксидацията, като същевременно се запазва достатъчна плътност на енергията за последователно маркиране.

Тези настройки директно реагират на оптичните и топлинни характеристики на материалите – най-вече отразяващата способност на медта над 65% при 1064 nm и бързото отвеждане на топлина при алуминия – и трябва да се валидират за всеки клас сплав (напр. алуминий 6061 срещу 7075) и състояние на повърхността (механична обработка, анодиране, покритие).

MOBA срещу CW влакнест източник на лазерен маркер: Когато импулсният режим предотвратява щети от отражение

Когато става въпрос за работа с отразяващи метали, MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) влакнестите лазери надминават непрекъснатите (CW) системи по всяко време. Проблемът с CW лазерите е, че те постоянно излъчват енергия, което създава сериозни проблеми с обратните отражения, способни да повредят оптиката и да наруша цялата система. MOPA лазерите обаче работят по различен начин. Те излъчват кратки импулси от много силна енергия точно в подходящия момент, прониквайки в материала преди отраженията да станат проблем. Според няколко промишлени доклада за безопасност този подход намалява проблемите с отраженията приблизително с три четвърти. А когато се работи конкретно с мед, контролът на импулсите от MOPA позволява градирано маркиране. Вместо да премахва материал по традиционния начин, той създава висококонтрастни маркирировки, като образува контролирани оксидни слоеве на повърхността. Това означава марки с по-високо качество, без разрушаване на метала.

Напреднали техники за подобряване производителността на влакнестите лазерни маркери върху отразяващи метали

Предварителна обработка на повърхността (анодиране, покритие) и стратегии за пасивиране след процеса

Правилната предварителна обработка прави голяма разлика при работа с отразяващи метали. Анодирането на алуминия създава специален порест слой, който всъщност абсорбира светлината, вместо да я отразява обратно. Това може да повиши ефективността на лазерите при обработката на метала с около 70% в много случаи, което означава, че постигаме по-добри маркировки без нужда от толкова високи нива на мощност. За други метали като медта, временни покрития от керамика или полимери извършват практически същата функция по време на процеса на маркиране. Те намаляват отражението, докато се извършва маркирането, и след това напълно се отстраняват след приключване на работата. Също толкова важна е и следващата стъпка. След маркирането, правилната пасивация е от решаващо значение. Използват се различни химикали в зависимост от вида на метала, с който работим. Алуминият обикновено се обработва с хромат или тривалентни хромови разтвори, докато за медта често е необходим бензотриазол. Тези обработки образуват защитни бариери, които предотвратяват проблеми като образуването на бяла ръжда по алуминия или помътняване на медни повърхности, особено важно там, където има влага или сол във въздуха. Всички тези стъпки заедно гарантират маркировките да остават ясни за четене, достатъчно здрави, за да издържат дълго време, и да отговарят на строгите стандарти, изисквани в индустрии, простиращи се от аерокосмически компоненти до медицински устройства и електронни части.

Мониторинг в реално време и адаптивни обратни връзки за стабилен изход на влакнест лазерен маркер

Разлики в материали – като например лека оксидация на повърхности, остатъчни масла или неравномерно разпределение на сплави – водят до промени в количеството светлина, което се отразява спрямо поглъщането по време на процесите за маркиране. Съвременните фибролазерни маркировъчни устройства вече са оборудвани с вградени оптични сензори, които следят няколко ключови параметъра, включително силата на лъча, местоположението на фокуса и силата на връщащия се сигнал, всичко това се случва със скорост около 10 000 пъти в секунда. Тези затворени системи използват тази информация, за да коригират настройките в реално време, като регулират неща като енергия на импулса, максимална изходна мощност и дори позицията на фокусната точка в рамките на части от секундата. Да предположим, че е засечено увеличение на отразената енергия, защото материала изведнъж стане по-отразяващ; системата реагира, като увеличи интензивността на импулса точно толкова, че маркировките да останат еднородни и ясни. Практически тестове в заводи за производство на автомобили и електронни компоненти показват, че тези умни системи могат да намалят отпадъците с около 40 процента. Освен това помагат да се изпълнят всички важни стандарти за проследяване, които компаниите трябва да спазват, като UDI кодове за медицински устройства или изискванията AS9132 в авиационното производство.

ЧЗВ

Защо алуминият и медта изискват различни лазерни настройки в сравнение със стоманата?

Алуминият и медта имат висока отразяваща способност и топлопроводимост, поради което по-голямата част от лазерната енергия се отразява или разсейва бързо, което затруднява маркирането в сравнение със стоманата.

Какви са често срещаните проблеми при лазерно маркиране на алуминий и медь?

Без правилни настройки лазерите могат да причинят топлинен пробив, марки с нисък контраст и неконтролирана оксидация на повърхността при алуминий и медь.

Как мога да оптимизирам настройките на влакнестия лазер за алуминий и медь?

Чрез настройване на продължителността на импулса, пиковата мощност, честотата и фокусния отстъп, адаптирани към конкретния сплав и състояние на повърхността.

Каква е ползата от MOPA лазерите при маркиране на отразяващи метали?

MOPA лазерите предотвратяват щети от отражение, като доставят кратки, интензивни енергийни импулси, което позволява контролирано взаимодействие с повърхността.

Каква роля играе предварителната обработка при лазерно маркиране на отразяващи метали?

Предварителните обработки като анодиране или временни покрития намаляват отражението и подобряват качеството на маркирането, като увеличават абсорбцията на лазера.