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太意外了,它们之间居然也有不可告人的关系!激光表面处理与激光打标机的联系(一)

发布:2022-07-07 09:45作者:www.chylaser.com点击:763次

太意外了,它们之间居然也有不可告人的关系!激光表面处理与激光打标机的联系:在过去的几十年里,激光打标行业发展迅速。如今,全球各行各业都有大量的激光打标系统供应商。这个市场的主要变化是引入了低功率脉冲光纤激光器,现在已经发展到几乎所有供应商都在其产品范围内提供这种类型的光纤激光打标设备
这些激光器通常在 1070 nm 附近为近红外 (NIR),与较长波长的 CO2 激光器相比,它们的反射率低,因此非常适合标记大多数金属产品。
但即使在这个波长范围内,打标不同金属的复杂程度也不一样。铝、铜及其合金在几乎所有行业中都有广泛的应用,这些材料可以通过激光打标来制作,但有时很难使这些低温金属上的黑点清晰地肉眼可见。此外,经过验证的方法表明,高渗透性材料(例如标记和表面结构)通常可以在脉冲持续时间内以最小的损坏进行加工,而不会与意外的非线性行为相关联。
激光表面处理:
在工业激光材料加工的广泛领域中,术语“激光表面处理”通常用于描述在近红外范围内使用多千瓦连续波 (CW) 激光源的各种操作。然而,上述方法与此处描述的方法有很大不同,后者可用于微米级和纳米级表面。已经确定了几种使用超快皮秒和飞秒 (10-15) 短脉冲 (10-12) 激光的方法,并且许多方法已经发表。
这些方法的主要缺点是即使在此类激光器系列中,其投资和运营成本仍然很高。由于加工速度通常取决于平均激光功率,因此对于大多数工业激光用户而言,在现实表面覆盖条件下进行激光加工的成本可能会令人望而却步。
最近,脉冲光纤激光器的脉宽范围从既定的纳秒范围扩大到亚纳秒范围,峰值功率相应提高了几个数量级。这使得使用经济的长皮秒激光源开发新的激光表面处理工艺成为可能。
虽然这些技术通常被称为激光表面处理,但这些工艺在机械上与激光打标密切相关,因为它们仅限于零件的表面处理,而这通常需要多种工艺的组合。激光烧蚀和融合。尝试使用行业术语和底层物理机制对这些种类繁多的过程进行分类。
激光表面处理和激光打标分析
激光打标在以某种方式改变激光打标的表面区域以提供与未打标区域的视觉对比方面具有重要用途。
对于激光治疗的第一次评估,可能是最知名和最常用的测量相关信息的方法,即销钉轮廓。表面形态提供了更一般的表面特性和形状的定性和定量描述,其中成像技术最适用。因此,从共聚焦激光扫描显微镜中选择了 2D 和 3D 图像。
先进的分光光度计通常用于量化表面颜色。这是通过分析从可见光谱的不同点反射的光来实现的,从而产生一个独特的反射曲线,该曲线反映任何表面的特性,无论是否存在镜面反射元素。这些设备还经常用于测量表面的 L * 值或表面的色调。今天,这项技术是衡量激光打标在各种消费产品上的有效性的重要工具。这些反射率曲线和 L * 值用于量化高功率短脉冲光纤激光器在铝、铜和玻璃三种具有挑战性的材料上的优势。
1.金属和铝表面的激光纹理。
在铝材料中,天然氧化层具有吸湿性,并随着时间的推移而变厚。因此,去除这种粗糙的、受污染的氧化层以暴露下面的铝以产生足够的对比度可能就足够了。另一个复杂的因素是基础铝的熔化或侵蚀程度会显着影响电路板的外观。
通过仔细调整激光设置,您可以获得更明亮的表面,并具有增强对比度的混合效果。但是,如果需要低 L * 值,则可以使用大约 1mJ 的脉冲能量在铝上创建更暗、高度氧化的表面,但仍会产生坚固、不易碎的表面,从而产生印象图纸。不会因视角而改变,需要仔细控制过程。增加烧蚀水平以产生微粗糙表面也会导致表面更暗、吸收性更强、L * 值更高。报告的表面尺寸 <10 µm,表面粗糙度 (Ra) 远低于 <5 µm。
从铝表面去除阳极氧化层是一种常见的技术,同样的规则也适用于激光雕刻:更多的熔化意味着更多的反射表面。无论是抛光铝还是阳极氧化铝,打标速度都达到了1-2m/s的高水平。最近,已经为一些阳极氧化涂层开发了激光标记技术,以使用具有短纳秒和亚纳秒持续时间的光纤激光器实现 L * <30,但比上述标记速度慢得多。
双镀层掺铒镱光纤弥补了掺铒光纤的缺失。掺铒镱光纤在900-1100 nm范围内具有较大的Yb3+吸收截面,可用于鞘泵技术和高分集LD的应用。因此,掺铒镱光纤具有高输出功率、高非线性阈值和高泵浦转换效率。掺镱大功率光纤放大器(EYDFA)已成为有线电视市场上最强大的放大解决方案。
CATV 光纤放大器通常使用两相设计。第一级使用掺铒光纤将信号放大到预定的功率电平,然后通过第二级的掺铒镱光纤进一步放大信号功率,达到5W以上的信号功率。 EYDFA不仅提高了系统信号传输质量,有效解决了终端信号功率分配问题,还降低了系统设计和运营成本,光链路建设和维护相对简单。
常规激光雷达通常采用905nm半导体(LD)激光器作为光源,具有相对成熟且价格低廉的激光设备。然而,905 nm LD具有辐射质量差、对人眼损伤阈值低、对太阳光红外区域光谱干扰敏感等缺点。因此,最大观看距离被限制在150米左右,加上分离角度大、图像不清晰等缺点。
相比之下,1550nm的波长远离太阳的红外照射,大大提高了抗噪能力,并且在人眼和大气透射窗口的安全范围内,可以进行远距离检测。采用一致的技术,探测器只响应自身发射的激光回波,信噪比远高于905nm ToF激光雷达,最大探测距离可达1km以上,可达数公里特殊情况。此外,光纤激光器光束质量好,散射角小,容易获得更清晰的图像。因此,1550nm 光纤激光器已成为发展最先进的激光雷达作为激光雷达光源的趋势。在智能驾驶领域,一些汽车厂商已经开始推出和销售1550nm光纤激光器作为汽车覆盖件的光源。
作为具有高加工价值的制造业,航空航天工业一直在寻求开发和实施先进的制造技术。航空工业对节能减排、轻量化、可靠性和舒适性的要求越来越高,这意味着航空工业需要越来越多的高品质材料和新型号。传统的制造工艺已经达到了满足需求的极限。增材制造的快速发展正在满足这些工业需求,因为增材制造提供了独特的优势和克服几何、材料、性能和功能限制的能力。它提供了前所未有的设计自由度,可以以传统制造方法无法达到的精度生产复杂、错综复杂的混合设计。增材制造的上述优点被应用于航空航天、汽车、电子、医疗、军事、建筑等各个行业。
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