حکاکی لیزری
تعریف: گروهی از روشهاست که برای حک کردن بر روی فلزات از لیزر در آنها استفاده می شود.
حکاکی لیزری یک روش برای حک کردن انواع مختلف اشکال و تصاویر با استفاده از لیزر است. اصول اولیه حکاکی لیزری براساس این است که اشعه لیزر به طریقی ظاهر نوری سطحی که به آن تابیده می شود را تغییر می دهد. این فرآیند توسط انواعی از مکانیسمها می تواند انجام شود:
تعریف: گروهی از روشهاست که برای حک کردن بر روی فلزات از لیزر در آنها استفاده می شود.
حکاکی لیزری یک روش برای حک کردن انواع مختلف اشکال و تصاویر با استفاده از لیزر است. اصول اولیه حکاکی لیزری براساس این است که اشعه لیزر به طریقی ظاهر نوری سطحی که به آن تابیده می شود را تغییر می دهد. این فرآیند توسط انواعی از مکانیسمها می تواند انجام شود:
- کنش (کنده کاری) لیزری مواد[۱]؛ بعضی اوقات مقداری از لایه سطوح رنگی برداشته می شود.
- ذوب فلز که باعث بهبود و تغییر ساختار سطح می شود.
- سوزاندن(کربنیزه کردن) کاغذ، برد، چوب یا پلیمر
- استحاله ( به عنوان مثال بی رنگ کردن) رنگ دانه ها ( افزودنیهای لیزر صنعتی) در مواد پلاستیکی
- انبساط یک پلیمر، اگر بعضی افزودنیها بخار شوند.
- ایجاد یک ساختار جدید مانند حبابهای کوچک
شکل ۱: دستگاه حکاکی لیزری TruMark. تصویر توسط TRUMPF LASER تهیه شده است .
به کمک روبش اشعه لیزر ( با دو آینه متحرک) بصورت برداری یا هاشوری[۲] امکان نوشتن سریع حروف، علامتها، بارکدها و دیگر علایم گرافیکی ایجاد می شود. روش دیگر استفاده از یک ماسک است که بر روی قطعه کار چاپ شده است( حکاکی پروژکشن، حکاکی ماسکی). این روش ساده و سریع است (قابل اعمال بر روی قطعه کار متحرک) اما قابلیت انعطاف کمتری نسبت به اسکن کردن دارد.
حکاکی لیزر کاربردهای بسیار زیاد و گسترده ای دارد:
حکاکی لیزر کاربردهای بسیار زیاد و گسترده ای دارد:
- اضافه کردن پارت نامبرها، تاریخ مصرف و امثال آن بر روی بسته های غذایی و بطریها
- اضافه کردن اطلاعات قابل ردیابی برای کنترل کیفیت
- حکاکی بردهای مدار پرینت شده (PCBs) ، تجهیزات الکترونیکی و کابلها
- چاپ لوگو، بارکد و دیگر اطلاعات بر روی محصول
در مقایسه با تکنولوژیهای حکاکی دیگر مانند چاپ جوهر افشان و حکاکی مکانیکی، حکاکی لیزری نتایج مفیدی دارد؛ مانند سرعت بالای فرآیند ، هزینه کم (عدم استفاده از مواد مصرفی)، کیفیت بالای ثابت و مقاوم بودن نتایج، عدم آلودگی، توانایی نوشتن اشکال بسیار کوچک و انعطاف پذیری خیلی بالا در اتوماسیون.
مواد پلاستیکی، چوب، مقواهای نازک، کاغذ، چرم و آکریلیک معمولا با لیزرهای CO2 کم توان حک می شوند. برای صفحات فلزی، این لیزرها بخاطر جذب کم در طول موج بلندشان(۱۰میکرومتر) مناسب نیستند. طول موج های در محدوده ۱ میکرومتر که لیزرهای Nd:YAG دمش دیودی یا لامپی (معمولا Q-switch) یا لیزر فیبر که در این محدوده کار می کنند، مناسب این کار هستند. توانهای معمول لیزر که برای حکاکی استفاده می شوند بین ۱۰ تا ۱۰۰ وات است. طول موج های کوتاهتر مانند ۵۳۲ نانومتر که با دوبرابر کردن فرکانس لیزرهای یاگ به دست می آید می توانند مفید باشند؛ اما چنین دستگاههایی همیشه نمی توانند از نظر اقتصادی رقابت پذیر باشند. برای فلزاتی مانند طلا که در ۱ میکرومتر جذب کمی دارند، لیزرهای طول موج کوتاهتر الزامی است.
الزامات لیزرها برای حکاکی لیزر
لیزرهایی که برای کاربردهای حکاکی استفاده می شوند باید یک سری الزامات را داشته باشند. بعضی از متداولترین الزامات به قرار زیر هستند:
مواد پلاستیکی، چوب، مقواهای نازک، کاغذ، چرم و آکریلیک معمولا با لیزرهای CO2 کم توان حک می شوند. برای صفحات فلزی، این لیزرها بخاطر جذب کم در طول موج بلندشان(۱۰میکرومتر) مناسب نیستند. طول موج های در محدوده ۱ میکرومتر که لیزرهای Nd:YAG دمش دیودی یا لامپی (معمولا Q-switch) یا لیزر فیبر که در این محدوده کار می کنند، مناسب این کار هستند. توانهای معمول لیزر که برای حکاکی استفاده می شوند بین ۱۰ تا ۱۰۰ وات است. طول موج های کوتاهتر مانند ۵۳۲ نانومتر که با دوبرابر کردن فرکانس لیزرهای یاگ به دست می آید می توانند مفید باشند؛ اما چنین دستگاههایی همیشه نمی توانند از نظر اقتصادی رقابت پذیر باشند. برای فلزاتی مانند طلا که در ۱ میکرومتر جذب کمی دارند، لیزرهای طول موج کوتاهتر الزامی است.
الزامات لیزرها برای حکاکی لیزر
لیزرهایی که برای کاربردهای حکاکی استفاده می شوند باید یک سری الزامات را داشته باشند. بعضی از متداولترین الزامات به قرار زیر هستند:
- لیزر باید به یک چگالی حداکثر نوری بر روی قطعه برسد. ( فرآیند حکاکی یک آستانه مشخص دارد که زیر آن نتایج مناسبی بدست نمی آید حتی با چندین پالس) این مسئله نیازمند ترکیب مناسبی از قله توان یا انرژی پالس و قطر اشعه در نقطه تمرکز است. همچنین عرض یا زمان پالس هم تاثیرگذار است. تمرکز بسیار زیاد برای تفکیک بالا به همراه فاصله منطقی قطعه کار از لیزر لازم است که این به معنی کیفیت اشعه بالاست.
- برای فراوری سریع، لیزر نیازمند فرکانس تکرارپالس بالای مناسب به همراه انرژی پالس بالاست که نشان دهنده یک توان متوسط مشخص است. (در رژیمهای مشخص نرخ تکرار پالس لیزرهای Qswitch در حداکثر توان متوسط لیزر محدود می شود و در بعضی رژیمهای دیگر با عرض پالس قابل دسترس و دینامیک لیزر محدود می شود.)
- در بعضی موارد روند پالسی Q-switch باید برای زمانهای معینی خاموش شود. بعد از روشن شدن معمولا اولین پالس دارای انرژی بالایی است که باعث خراب شدن کیفیت حکاکی می شود.
- چیدمان لیزر باید جمع و جور باشد و نیاز به سیستم خنک سازی پیچیده نداشته باشد. خنک سازی با هوا ترجیح داشته و اغلب امکان پذیر است.
- هزینه کلی دستگاه باید متوسط باشد: نه تنها هزینه نصب باید کم باشد بلکه هزینه های مربوط به تعمیر و نگهداری و طول عمر نیز باید منطقی باشند.
- از آنجاییکه محیط های صنعتی خشن هستند یک طراحی مستحکم برای لیزر نیاز است تا عملکرد قابل اطمینانی داشته باشد.
با توجه به شرایط مخصوص و مختلف، انواع مختلفی از لیزرها می توانند برای کاربرد حکاکی مناسب باشند. برای مثال لیزرهای وانادیوم Q-switch بسیار مناسب برای نرخ تکرار پالس بالای ۱۰۰ کیلوهرتز هستند. لیزرهای فیبری (که دارای سیستم MOPA:master oscillator power amplifier) هستند بسیار از نظر نرخ تکرار پالس و خاموش شدن پالسها انعطاف پذیرند، اما معمولا پالسهای بلندتر با انرژی و قله توان کمتر ساطع می کنند. در کاربردهایی که نیاز به طول موج بلند و توان متوسط بیشتر است لیزرهای CO2 می توانند مورد مناسبی باشند.