Волоконний лазер проти CO₂ та УФ-лазера: який маркувальний верстат вибрати?

Характеристики довжини хвилі: волоконні, CO₂ та УФ-лазери

Основні принципи лазерних технологій: довжина хвилі та взаємодія з матеріалами

Маркування ультрафіолетовим лазером продуктивність залежить від взаємозв'язку між довжина хвилі і властивостями поглинання матеріалом . Ласер з волокна (800-2200 нм довжини хвиль) чудово підходять для маркування металів, таких як сталь, алюміній та титанові сплави, тоді як CO₂ лазери (довжина хвилі 10,6 мкм) впливають на органічні матеріали, такі як деревина, акрил та текстиль, за допомогою передачі вібраційної енергії.

Ключові відмінності у реакціях матеріалів:

• Поліровані метали відбивають до 60% падаючої лазерної енергії (NIST 2023).
• Термопласти, як-от АБС-пластик, поглинають УФ-лазерні хвилі (355 нм) у 30 разів ефективніше, ніж інфрачервоні.
• УФ-лазери забезпечують надтонкі позначки (<5 мкм роздільної здатності) на силіконі медичного класу з мінімальним тепловим впливом.

Три основні принципи:

1. Глибина поглинання – УФ-хвилі взаємодіють у межах 0,1–10 мкм поверхневих шарів.
2. Пороги енергії фотонів – Для лазерів CO₂ потрібно 25 Вт·см⁻² для полікарбонату порівняно з 450 Вт·см⁻² для гравірування нержавіючої сталі волоконними лазерами.
3. Час теплового релаксування – Для делікатних матеріалів потрібні тривалості імпульсів менше 20 нс, щоб уникнути деформації.

Сучасні системи тепер мають модулі з регульованою довжиною хвилі для маркування як металів (1064 нм), так і пластиків (355 нм), хоча спеціалізовані лазери все ще кращі за щільністю потужності (220 кВт·см−² для спеціалізованих волоконних лазерів).

Інфрачервоні волоконні лазери: глибоке проникнення для металів

Інфрачервоні волокна-лазери на довжині хвилі 1064 нм, зосереджені на металах з високою точністю. Довга довжина хвилі дозволяє внутрішньо поглинути фотони всередині металевих решеток, що робить можливі модифікації матеріалу всередині об'єкта. Ця глибока проникність означає, що марки не просто скребнуть, як в інших процесів маркування, що призводить до міцного маркирування через задню перегріву - процес нагрівання металу для окислення кольорів без впливу на сам метал. Цей процес використовується для промислових застосувань на деталях з нержавіючої сталі, титану та алюмінію, де важлива стійкість до зносу.

Лазери CO2: оптимальна довжина хвилі 10,6 мкм для органічних речовин

Довжина хвилі 10,6 мкм лазерів на CO₂ ідеально узгоджена з частотами молекулярних вібрацій у органічних матеріалах. Це резонансне поглинання швидко перетворює світлову енергію на тепло для контрольованого видалення матеріалу через сублімацію. Деревина, акрил, шкіра та композитні пластики ефективно поглинають цю інфрачервону довжину хвилі без ефектів розсіювання.

УФ-лазери: маркування без нагрівання за допомогою фотонної енергії 355 нм

УФ-лазери використовують високоенергетичні фотони 355 нм для запуску фотохімічних реакцій замість теплових процесів. Такий підхід «холодного маркування» руйнує молекулярні зв’язки без утворення руйнівних зон нагрівання. Чутливі електронні та медичні компоненти отримують переваги від маркування без пошкоджень та кодів UDI.

Розподіл за сумісністю з матеріалами

Метали та сплави: перевага волоконних лазерів із технологією VCS

Волоконні лазери використовують ближні інфрачервоні довжини хвиль, оптимізовані для глибокого поглинання металами, що робить системи VCS (Вертикальний резонатор з поверхневим випромінюванням) ідеальними для нержавіючої сталі, алюмінію та титану. Частота 1064 нм миттєво нагріває поверхні, створюючи довговічні гравірувальні серійні коди або маркування, стійкі до абразії та корозії.

Дерево/Скло/Пластики: Універсальність СО₂-лазера

СО₂-лазери перевершують інші технології при обробці органічних матеріалів завдяки оптимальному поглинанню довжини хвилі 10,6 мкм. Ця довжина хвилі збуджує молекулярні зв’язки в деревині, акрилі, склі та полімерах, забезпечуючи швидку гравірування без обвуглювання. Для ПВХ, АБС та полікарбонату регульовані налаштування запобігають термічним деформаціям і при цьому зберігають коди, які відповідають вимогам FDA для упаковки.

Чутлива електроніка: прецизійне мікромаркування УФ-лазером

УФ-лазери працюють за допомогою неконтактних фотохімічних реакцій, що є критичними для кремнієвих пластин, друкованих плат або золочених з'єднувачів. Їхні фотони з довжиною хвилі 355 нм руйнують атомні зв’язки без тепла, забезпечуючи алфавітно-цифрову маркування з розміром 25 мкм на резисторах та мікросхемах.

Порівняння галузевих застосувань

Автомобільна промисловість: волоконні лазери для маркування деталей

Волоконні лазерні системи чудово підходять для маркування блоків двигунів, трансмісійних компонентів і номерів транспортних засобів (VIN), де важливою є постійна просуваність. Їхня висока пікова потужність і інфрачервоні хвилі проникають у металеві поверхні, не порушуючи цілісність конструкції.

Медична промисловість: УФ-лазери для маркування відповідно до вимог щодо унікальної ідентифікації медичних виробів

Виробники медичних пристроїв покладаються на УФ-лазери для виконання вимог FDA щодо унікальної ідентифікації медичних виробів (UDI). Хвильова довжина 355 нм створює мікроскопічні коди Дейта-матрикс на хірургічних інструментах і імплантатах без утворення зон, що впливають на температуру.

Електроніка: УФ-технологія Optibeam для серіалізації друкованих плат

Технологія UV Optibeam досягає прецизійного рівня мікронів для маркування друкованих плат (PCB) та напівпровідникових компонентів. Фотохімічний процес абляції витравлює зчитувані QR-коди безпосередньо на кремнієвих пластинах без теплового пошкодження навколишніх ланцюгів.

Лазери СО₂ для гравірування органічних матеріалів

Лазери СО₂ домінують в художніх застосуваннях з обробкою природних матеріалів без контакту. Столяри та дизайни використовують хвильову довжину 10,6 мкм для випаровування целюлози в деревині, шкірі та акрилах на контрольованих глибинах менше 0,1 мм.

Аналіз теплового впливу та якості маркування

Відпал проти абляції: порівняння зон термічного впливу

Методи маркування відпалом і абляцією створюють значний термічний стрес, який змінює властивості матеріалів. Під час лазерного відпалу металів поверхні нагріваються до 750–1100 °C, що викликає окиснення через контрольоване теплове розширення. Техніки абляції випаровують органічні матеріали, такі як пластмаси, але часто залишають обвуглені краї та внутрішні концентрації напружень.

УФ-маркування: збереження цілісності матеріалу

На відміну від термічних процесів, УФ-лазери працюють за допомогою фотохімічних реакцій, які повністю усувають передачу тепла. Довжина хвилі 355 нм забезпечує енергію фотонів 3,5 еВ — достатню для розриву молекулярних зв’язків, але недостатню для суттєвого підвищення температури матеріалу.

Вимоги до дотримання нормативних стандартів

Стандарти медичних пристроїв UDI: необхідність УФ-лазерів

УФ-лазери дозволяють наносити маркування, сумісне з UDI, без порушення стерильної упаковки або поверхонь, придатних для біологічного застосування. Їхня здатність холодного маркування забезпечує постійне висококонтрастне кодування на делікатних інструментах, запобігаючи деградації матеріалів, що може порушити вимоги FDA 21 CFR Part 11.

Трасування в авіації: контроль глибини волоконного лазера

Волоконні лазери відповідають авіаційним стандартам AS9100 завдяки точному регулюванню глибини маркування безпосередньо на деталі (DPM). Їхня регульована довжина хвилі створює оксидні позначки з контролем глибини від 0,001 до 0,5 мм на лопатках турбін, шасі та конструкційних сплавах.

Посібник з вибору: підбір лазера для ваших потреб

Ідеальна лазерна система має відповідати властивостям довжини хвилі та характеристикам матеріалу. Волоконні лазери є найефективнішим варіантом для маркування металів — зокрема, для частин, що використовуються в авіації, де необхідні глибокі й стійкі позначки. Системи на основі CO₂ чудово виконують роботу з органічними матеріалами, такими як деревина або скло, де термальне випаровування забезпечує чітке гравірування. УФ-лазери для холодного та дрібного маркування (включаючи маркування UDI); мікромаркування при температурі нижче 20 мкм без пошкодження основи для медичних приладів, сумісних з UDI, або чутливих електронних компонентів.

Оцініть три ключові аспекти: спектр поглинання матеріалом, регуляторні вимоги, такі як FDA 21 CFR Part 11, та обсяги виробництва. Зіставте чутливість до тепла з вимогами щодо глибини маркування, щоб уникнути деформації.

FAQ

Які основні відмінності між волоконними, CO₂ та УФ-лазерами?

Волоконні лазери працюють на довжині хвилі 1064 нм і є ідеальними для маркування металів, тоді як лазери CO₂ на 10,6 мкм найкращі для органічних матеріалів, таких як деревина та акрил. УФ-лазери використовують фотони з довжиною хвилі 355 нм для маркування делікатних матеріалів без тепла.

Який лазер найкращий для маркування органічних матеріалів?

Лазери CO₂ є оптимальними для гравірування органічних матеріалів, таких як деревина, акрил і шкіра, завдяки своїй довжині хвилі 10,6 мкм.

Чи можна використовувати УФ-лазери для маркування медичних та електронних компонентів?

Так, УФ-лазери ефективні для маркування чутливих електронних та медичних компонентів завдяки їхнім можливостям холодного маркування.