徐亮 周勇

【摘 要】激光打標(biāo)是新一代的精密加工標(biāo)識方法。文章針對激光打標(biāo)尼龍方法，從打標(biāo)的原理、分類、材料的配方設(shè)計(jì)及激光打標(biāo)機(jī)的參設(shè)設(shè)置等方面進(jìn)行了介紹和探討，并對高清晰激光打標(biāo)尼龍的行業(yè)前景進(jìn)行了展望。

【關(guān)鍵詞】激光打標(biāo)；尼龍；波長；電流；頻率

【中圖分類號】TN249 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）10-0036-03

0 引言

由于社會分工的日益細(xì)化和對產(chǎn)品區(qū)分的要求，產(chǎn)品除了必須具有優(yōu)良的品質(zhì)外，對產(chǎn)品進(jìn)行信息化記錄和追溯也成為保障產(chǎn)品品質(zhì)的重要一環(huán)。而產(chǎn)品體積微型化、外形多樣化等也使得傳統(tǒng)的印刷、熱塑、機(jī)械雕刻等方式逐漸不能滿足行業(yè)發(fā)展的要求。尼龍材料作為最常用的塑料類別，也不再是普通的改性方式而涌現(xiàn)出了很多特殊的改性和應(yīng)用領(lǐng)域，激光打標(biāo)就是其中發(fā)展最快的。

激光打標(biāo)是新一代的精密加工標(biāo)識方法。與傳統(tǒng)的標(biāo)記方式相比，具有可通過與計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)相結(jié)合，高效自動化地快速標(biāo)記出各種文字、符號、圖形，不受標(biāo)記產(chǎn)品外形、尺寸的限制，自由性好，標(biāo)記長期使用不會掉色、褪色，并且加工方式無污染、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、航空航天、電子電器等領(lǐng)域都有了越來越多的應(yīng)用。

1 激光打標(biāo)尼龍的原理和優(yōu)勢

激光打標(biāo)的原理為由激光發(fā)生器生成高能量的連續(xù)激光光束，聚焦后的激光作用于承印材料，使表面材料瞬間熔融，甚至氣化，通過控制激光在材料表面的路徑，從而形成需要的圖文標(biāo)記。激光打標(biāo)的特點(diǎn)是非接觸加工，可在任何異型表面標(biāo)刻，工件不會變形和產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

激光打標(biāo)尼龍具有以下優(yōu)勢：{1}激光打標(biāo)時，制件打標(biāo)過程中并不與其他設(shè)備直接接觸，沒有力的作用，熱影響較小，制件不易變形，沒有磨損。{2}激光打標(biāo)尼龍是在尼龍制件打標(biāo)區(qū)域進(jìn)行的化學(xué)層面的標(biāo)識，并非簡單地進(jìn)行物理覆蓋，因此標(biāo)記具有耐久性好，長期使用不會出現(xiàn)褪色、掉色等問題。{3}激光標(biāo)記精細(xì)度高，線條可以達(dá)到毫米到微米量級，采用激光標(biāo)刻技術(shù)制作的標(biāo)記，對其仿造和更改都是非常困難的，具有較好的防偽功能。{4}激光打標(biāo)的方式靈活性高，可以在不同形狀的制件上進(jìn)行標(biāo)識，不受制件平整度的限制。{5}設(shè)計(jì)方便、多樣化，可以通過電腦和軟件的配合，進(jìn)行各類文字、符號、圖形的設(shè)計(jì)和標(biāo)識。{6}生產(chǎn)效率高，適合快速連續(xù)化的大批量生產(chǎn)。{7}激光打標(biāo)具有加工無污染，環(huán)境友好的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)油印、絲印相比，不需要油墨、涂料、酸劑等，清潔高效。

2 激光源的類別

從常規(guī)的角度來看，普通尼龍即可以進(jìn)行激光打標(biāo)，但是存在著標(biāo)識模糊、圖案深淺不一、精細(xì)度不夠等問題，對此本文進(jìn)行了相關(guān)的研究和測試。

2.1 激光的類別

活性媒介和光學(xué)結(jié)構(gòu)的不同產(chǎn)生了各種類型的激光，同時也影響這激光的光束質(zhì)量和操作可變性。最常用的主要有以下2類（見表1）。

2.2 不同顏色的激光標(biāo)識

2.2.1 淺色激光標(biāo)識

淺色的激光標(biāo)識是激光光束照射在深色的尼龍基板上，吸收大量能量產(chǎn)生了物質(zhì)的分解產(chǎn)物，引起材料發(fā)泡，形成淺色的標(biāo)識。發(fā)泡也分為開孔和閉孔2種，閉孔結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定、持久。其中，顏色越白亮則標(biāo)識越清晰。

2.2.2 深色激光標(biāo)識

深色的激光標(biāo)識是激光光速照射在淺色的尼龍基板上，材料炭化所形成的產(chǎn)物，但是在炭化過程中往往伴隨著一定程度的發(fā)泡，因此發(fā)泡程度需要有效的控制，以保證標(biāo)識顏色的清晰度。

激光打標(biāo)原理如圖1所示。

2.3 尼龍激光打標(biāo)劑的研究進(jìn)展

2.3.1 無機(jī)類激光打標(biāo)劑

默克公司開發(fā)的專利產(chǎn)品的Lazerfl air系列激光打標(biāo)劑適用于尼龍材質(zhì)，該激光打標(biāo)劑主要由珠光助劑和激光敏感助劑組成，主要成分包含具有低折射系數(shù)、金屬氧化物涂覆的云母，金屬氧化物可以是氧化鈦、氧化鐵、錫銻氧化物和錫銦氧化物等。適用激光打標(biāo)機(jī)光源類型為CO2激光、光線激光、Nd固體激光，波長范圍為308～1 064 nm。

“泰科納”也設(shè)計(jì)出由多種陽離子鹽化合物與無機(jī)氧化物組成的激光打標(biāo)助劑。多陽離子鹽化合物具有氧合陰離子、有機(jī)羧酸或碳酸陰離子，粒徑要求越細(xì)越好；無機(jī)氧化物是光敏感性物質(zhì)，在激光照射時起到促進(jìn)著色化合物形成的作用，可以是硅酸鹽及硅酸鹽礦物及氧化鈦、氧化銻、氧化錫等，對于結(jié)晶性的尼龍材料非常適用的。

“帝斯曼”的氧化銻和珠光助劑復(fù)合的激光打標(biāo)劑也是類似以上原理。

2.3.2 有機(jī)和無機(jī)物激光打標(biāo)劑

“日本三菱”研制出了以銻化合物和鹵素系有機(jī)化合物組成的激光打標(biāo)劑，專用于尼龍材質(zhì)。銻化合物可以是三氧化銻、四氧化銻、五氧化銻等；鹵素系化合物主要是溴化聚苯醚。

“中國石化”也研制出了以粉末橡膠與炭黑混合制得的復(fù)合激光打標(biāo)劑，標(biāo)記顏色鮮明白亮。

2.4 激光標(biāo)識的評價(jià)方法

激光標(biāo)識的清晰與否，常規(guī)情況下目視即可簡單判斷，但存在一定的主觀性與個體差異性，不能很客觀地體現(xiàn)實(shí)際狀況，因此我們選用了具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)色差來進(jìn)行評判。

色差，即2種顏色的差別。色差值表示顏色的差別大小，用ΔE表示。色差值一般評價(jià)顏色的差別，廣泛應(yīng)用于塑料、印刷等行業(yè)。ΔE的計(jì)算公式如下：

ΔE=（ΔL2+Δa2+Δb2）1/2

其中：L表示亮暗，“+”表示偏亮，“-”表示偏暗；a表示紅綠，“+”表示偏紅，“-”表示偏綠；b表示黃藍(lán)，“+”表示偏黃，“-”表示偏藍(lán)；原始標(biāo)準(zhǔn)樣為L0、a0、b0；激光標(biāo)識后樣為L1、a1、b1。

分別計(jì)算ΔL=L1-L0，Δa=a1-a0，Δb=b1-b0。ΔL為正表示顏色偏白，ΔL為負(fù)表示顏色偏黑；Δa為正表示顏色偏紅，Δa為負(fù)表示顏色偏綠；Δb為正表示顏色偏黃，Δb為負(fù)表示顏色偏藍(lán)；對于激光標(biāo)識我們可以通過ΔE和ΔL，從標(biāo)識整體色差和明暗度的變化綜合評價(jià)標(biāo)識的清晰度。

2.5 參數(shù)調(diào)節(jié)

在尼龍基材相同的情況下，通過激光參數(shù)的優(yōu)化設(shè)定，可以獲得更好的標(biāo)識效果。通常，可以調(diào)節(jié)的參數(shù)包括打標(biāo)掃描速度、電流強(qiáng)度、脈沖頻率、功率、脈沖寬度、焦距、填充密度等。參數(shù)的調(diào)整是相互關(guān)聯(lián)的。當(dāng)需要得到更清晰的標(biāo)識時，可以提高頻率和降低打標(biāo)速度，也可降低頻率和提高打標(biāo)速度。

其中，激光打標(biāo)機(jī)的打標(biāo)速度、電流強(qiáng)度和脈沖頻率對打標(biāo)清晰度的影響最大。

2.5.1 打標(biāo)速度

打標(biāo)速度是單位時間內(nèi)激光掃描的距離。打標(biāo)掃描的速度越快，激光在材料表面作用的時間就越短。當(dāng)掃描速度加快時，激光對尼龍材料的作用時間縮短，材料表面來不及充分吸收激光能量，因此標(biāo)識的深度變淺，對比度降低，圖形清晰度降低。

2.5.2 電流強(qiáng)度

不同的電流強(qiáng)度下，激光標(biāo)識差異很大。對于尼龍材料來說，電流強(qiáng)度越大，脈沖峰值功率和平均功率都增大，光束的能量越高，激光在材料表面熱作用加劇，刻蝕的標(biāo)識就越明顯，對比度增大，清晰度越高。但是，當(dāng)電流強(qiáng)度達(dá)到一定程度后，激光對材料表面的熱作用以汽化為主，標(biāo)記深度和清晰度變化不大，因此電流強(qiáng)度不宜過高。

2.5.3 脈沖頻率

脈沖頻率是每秒鐘產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖數(shù)目，也稱之為脈沖重復(fù)頻率。當(dāng)脈沖重復(fù)頻率升高時，激光的峰值功率降低，激光的平均輸出功率會升高，當(dāng)激光脈沖峰值較大時，標(biāo)記深度增大；當(dāng)脈沖重復(fù)頻率繼續(xù)升高時，激光的脈沖峰值會更低，標(biāo)識深度將降低。經(jīng)測試，對于尼龍材料，在3～4 kHz的范圍內(nèi)對標(biāo)識深度是最佳設(shè)置，激光標(biāo)識深度最大，對比度最高。

3 激光打標(biāo)尼龍行業(yè)的前景展望

相對于傳統(tǒng)標(biāo)識行業(yè)，激光打標(biāo)具有更經(jīng)濟(jì)、更高效、無污染、表面設(shè)計(jì)更靈活、標(biāo)識持久不脫落等優(yōu)點(diǎn)。通過改性的高清晰尼龍打標(biāo)產(chǎn)品，配合相應(yīng)的打標(biāo)工藝參數(shù)，可以在深淺不同的尼龍基材上得到清晰度大幅提高、整體色澤均勻、邊緣銳度極高、耐久度很高的激光標(biāo)識。如今，激光打標(biāo)尼龍已經(jīng)在汽車、電器等行業(yè)大量應(yīng)用，并不斷得到拓展。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：鐘聲賢]