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
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
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 |
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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。 |
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 |
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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。 |
切削工件表面層雕刻 |
著色 |
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以雷射光燒焦表面層,或讓表面層氧化、變色的刻印。 |
工件本身著色產生對比 |
著色的原理可大致分成4種。
- 發泡
- 濃縮
- 碳化
- 化學變化
1.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
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
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
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 |
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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 |