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[圖文創作]雷射雕刻機在水晶玻璃上打標記圖案、打文字碼的方法

chaostec (chaostec)
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2011-04-27 11:15:26 發表
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       一種新技術使利用封離式CO2雷射雕刻機直接在玻璃上打出輪廓鮮明的高品質的標記 成為可能,這是一種可以取代昂貴的固體雷射和傳統玻璃打標記方法的技術(25W CO2雷射雕刻機即可滿足大多數在玻璃上打標記的要求)。巧士科技CO2雷射雕刻機通過破壞玻璃表面在玻璃上打標記,因而在玻璃上出現一定數量的裂紋是允許的,但過量的裂紋會 導致標記不清晰、材料強度潛在變弱,更嚴重的是使基片變得疏鬆。在打標記過程中精確控制材料的裂紋量就能避免這些問題。 

       有三種方法可用於控制玻璃表面上產生的裂紋類型和數量:第一種方法是採用多次雷射輻射;第二種方法是採用離散點形成環狀裂紋;第三種方法是產生龜裂狀表面 裂紋。採用一次雷射輻射可在玻璃上產生一種輪廓鮮明的可見標記,但是裂紋和應力圖案的方向將向垂直於雷射移動的方向擴展。標記列印後短時間內甚至幾天後, 這些垂直於雷射移動方向的裂紋將形成新的裂紋,擴展到原標記外附近區域形成碎片,從而影響標記的清晰度。利用多次雷射輻射,使與標記區域相鄰的區域通過熱 傳導被加熱,從而使這些區域形成應力梯度,減少二次破裂的可能性。採用這種方法在鈉鈣玻璃和硼矽酸鹽玻璃上打標記十分有效。一次雷射輻射在熔成氧化矽玻璃和 石英玻璃上打標記比較有效,因為這兩種材料膨脹係數很低。

第二種方法是利用一系列環狀裂紋形成文字、條碼、方塊或矩形碼以及其他形狀碼圖案。玻璃通過加熱和冷卻迴圈產生低密度環狀裂紋。玻璃加熱時產生膨脹擠壓 周圍材料,當溫度升高到玻璃軟化點溫度時,玻璃快速膨脹形成一個低密度材料的凸出玻璃表面的圓頂。加熱後玻璃收縮到初始表面位置,但是這個弛豫時間正是整 個低密度形成的時間,使其無法恢復到軟化溫度之前的起始位置。 

採用三種不同的標記方法用CO2雷射雕刻機在玻璃上打標記,即多次雷射通過;離散點形成環狀裂紋和產生龜裂狀的表面裂紋。 

       由於光斑能量呈高斯分佈,因此光斑中心處的溫度較高。當這個高溫區回到接近起始位置時,在這個區域形成環狀裂紋的中心。在低密度形成區和標準密度區之間的 接合處形成穩定的環狀裂紋。這種方法適合於在普通光學材料和回火玻璃、化學增強玻璃或者普通鈉鈣浮法玻璃上打標記。 

       第三種方法也是採用同樣的加熱和冷卻過程,都是使某一特定體積的玻璃表面發生變化。但是第三種方法所用光斑的尺寸比較大,在兩種密度區域接合處的界線沒有 環狀裂紋方法那樣分明。這種方法產生的標記不是立即就能看得見的,要求稍微加壓之後才開始沿雷射標記區域產生格狀裂紋。用所產生的無碎片龜裂狀條紋填充圖 案形成文字、圖形和各種碼。因為這種方法要求純質表面,所以用高品質的汽車玻璃能列印出清晰的標記。

       對雷射的品質產生直接影響的參數包括:雷射脈衝的能量、雷射光束光斑直徑、雷射脈衝的頻率、鐳射的脈寬、鐳射的脈衝波形、被焊材料的相對光吸收率、焊接速度、保護氣體等。      

雷射脈衝的能量:是指單個雷射脈衝能最大輸出的能量,單位是J(焦耳)。這是雷射器的一個主要參數,它決定了雷射器所能產生的最大能量,按照模具修復的用途 來說,鐳射能量在70J以下已經能滿足任何場合的需要了,再大的能量也是白費,或根本用不上,而且帶來鐳射電源體積和散熱器體積的不斷增大,降低了電源的 使用效率。      

       雷射光斑聚焦直徑:這是反映雷射器設計性能的一個極為重要的參數,單位是(mm),它決定了鐳射的功率 密度和加工範圍。如果雷射器的光學設計合理先進,鐳射能量集中,聚焦準確,能把鐳射光斑直徑控制在0.2mm-2mm的範圍,而能否把鐳射的聚焦直徑控制 0.2mm是對鐳射發生器的一個嚴格的考驗。國內一般設計的雷射器,由於只想降低成本,因此,鐳射的器件加工簡陋,設計並不嚴謹,鐳射在諧振腔裡發散嚴 重,導致難以準確聚焦,其雷射器輸出的鐳射光斑直徑根本達不到標稱的0.2mm,而只能最小達到0.5mm,而由於鐳射的發散,令輸出的雷射光束不能呈規則 的圓形,這就造成了鐳射實際照射區域過大,出現燒蝕焊縫的現象,即在焊縫的兩端出現不必要的鐳射照射而令焊縫兩端呈現凹陷,這種現象對於修補已經拋光的模 具影響尤為嚴重,有時甚至會令模具報廢。同普公司的雷射器設計精良,選料嚴格,精心調試,使其雷射器輸出的光束光斑直徑能進行精密的監控,使聚焦光斑的大 小最小能達到0.2mm,並能在0.2mm2mm的範圍裡進行無級調節,達到國際的先進水準。 

http://www.chaostec.com/laser.htm


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