激光打标刻加工黑白颜色原理

2017年05月15日

      激光标刻目前已经成熟的应用到各行各业的塑料标识当中,它利用激光的高能量,使塑料表面碳化或表面某些成分分解导致塑料发泡,从而得到与产品本体基色有较大色差的标记。相比于传统印刷标记,如丝网印刷、转移印刷、凹凸印、压印、油墨印等,这些表面印刷的方法,长时间使用会导致标识模糊、磨损、丢失。同时环境友好性差,成本偏高。激光标刻无疑更具有优势。

 

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  激光标刻是一种非常灵活的方式,能够清晰快速的在塑料上标记出不易擦除的图标。激光在加工产品时,可以达到高度的重复性和可靠性。更重要的是,激光标刻可以实现离线(或独立)的集成到装配线上去,更加简便有效的配合后续的工序,从而达到降低成本提高品质的作用。

 

塑料深色和浅色标刻

激光在塑料标刻是以材料表面本体重组或者说颜色变化为基础,可分为四种不同的标示类型:

起泡、雕刻下陷、雕刻下陷并带有颜色变化、颜色变化。当然也有很多的塑料样品在不增添辅助剂的情况下,加工后也不会产生任何的变化。

 

射透不产生标记

有许多的透明或半透明塑料,激光会透射过材料而不产生任何标记。

 

但是,有两种材料比较特殊,聚碳酸酯(PC)与聚氯乙烯(PVC),这两种材料肉眼观察也是透明透光的,但是它们即便在很低强度的激光能量照射下,这两种材料也能发生碳化,从而产生出清晰的标记。

 

起泡

对于某些塑胶而言,当激光能量偏低时,不足以使材料碳化,只会使材料表面某些成分分解产生气体使塑料起泡,这种泡与材料基色有轻微的色差,从而得到带有淡淡颜色的浅色标识。

 

雕刻下陷

当激光峰值较高时,或者材料熔点较低时,材料表面局部温度远高于物质熔点,材料表面将发生结构重组的腐蚀或气化。比如:CO2 激光在亚克力材料上的雕刻,端泵激光在硅胶上的雕刻。

 

雕刻下陷且颜色变化

当激光能量很高时,激光照射会致塑料过度碳化,会使材料出现大小不一、黑色深度不同的斑点。例如苯乙烯类复合物在中等强度的激光照射下便会开始反应,发生碳化,若继续提高激光强度,则极易造成过度碳化和出现裂缝等现象。

 

过度碳化

颜色变化(短波长)

足够短的激光波长辐射,可以使塑料分子解离导致颜色变化,这是最理想的效果。但往往需要在塑料里添加适量的添加剂才能打出漂亮的效果。

 


理想标刻

添加剂与改性塑料

添加剂可以在一定程度上增加聚合物对激光能量的吸收,而改性塑料是指混合或者填充添加剂使塑料增强特定能力的塑料。有的塑料适合进行深色标记改性,有的适合浅色标记改性,而有的则都适合。结合一些激光专利、资料以及打标工作中的案例,将常见的聚合物经激光打标剂改性后按颜色作如下分类(见图7)。可以做激光标刻时工艺效果调试的参考方向。

 

 加入添加剂的各种塑料在激光标刻后的颜色分类

上文描述了激光加工塑胶材料时,加工材料可能发生的5种变化状况,

 

激光打标机可以说在打标物品上打印上颜色的可能性很小,因为打标物品打上颜色要通过三个方面甚至更多方面的因素来决定的,不只是激光打标机所能决定的。如何在打标的物品上打上颜色呢?本文主要谈一下打标出颜色来的相关的决定因素。

 

激光打标机的激光波长特性,比如不同的激光波长对不同的材料,会产品不同的颜色反应。在PVC水管上的激光打标,CO2激光能打出偏红色的字出来,而光纤或半导体的1064NM的激光则打出偏黑色的字体出来。

 

激光的光斑特性。一般来说激光光斑越是接近基模(TEM00),打标出来颜色将会更换清晰,明亮。

 

激光打标机使用的光学聚焦镜片的质量。扩束镜倍数,场镜质量好的聚焦镜,打标出来的效果同第二个因素一样的效果。

 

激光打标机的频率的不同,打标的效果也会不同,有些激光打标机无法调试到很高的频率,而有些能调到很高的频率,这样打标出来的颜色也会有差别。

 

激光打标过程中速度及功率的调节不同,将会出现颜色上有区别的。

 

激光打标过程中,正焦和离焦量的打标效果也有关系。举一个例子就是,如果想来高碳钢或都不锈钢上打出黑色的效果,除了使用半导体激光打标机和光纤激光打标机来打的话,还要调试好较慢的速度,较低的能量,较高的频率来做,还要有一定的正离焦来加工,会取到事半功倍的效果。

 

加工物品杂质不同而影响。比如进口的亚克力和国产的亚力打标的效果和颜色是不同的。后者有大多无用的杂质。

 

加工物品材料物质原子的比例。比如高碳钢里含碳量有区别,含量高的话,当然更易打黑,黑的效果更好。

 

被加工物品的温度影响。

 

被激光打标物品盖了一层膜来打标,能打印上不同的颜色,比如陶瓷上打标,加上色纸后有不同的颜色效果。

 

 

    很多特殊的材料像金属阳极氧化铝制作黑色的标识。软基材料像硅胶一些特殊的材质制作标识还是需要专用的一些设备加上一些设置的技巧才可以出优秀的效果的。 

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