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SPI光纤激光器应用--不锈钢材料打标 |
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newmaker |
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众所周知，不锈钢是当今世界用途最广泛的工程材料，它可以应用于各个行业和领域。从消费品到炊具，从手术器械到屋顶，不锈钢都是制作材料的首选。不锈钢有150多个等级，表面光洁度的差异程度更是让人眼花缭乱，其中总有某一种能够满足大家的要求。相对的，光纤激光器也是用途最广泛的工业打标工具。两者结合在一起会让你有意想不到的效果。
许多不锈钢商品和零部件都需要印上标识，不管标识是表示生产日期的简单字母和数字，还是更精细的条形码或二维码，光纤激光器都能做到。无论这些标识是单行线，轮廓线，还是填充字体-无论你有什么要求，只要你可以在纸上把它表示出来，光纤激光器都可以把它复制到金属上。有些标识很精细，例如通常在各类工具或者仪器上用作刻度的功能性标识。有些标记并不怎么重要，例如装饰或装饰品，光纤激光器也都可以进行打标。
SPI光纤激光器的体积只有鞋盒那么大，却可以提供10-40mW聚焦的纳秒脉冲，在打标时能在材料不受到热影响的情况下改变材料表面的颜色，形成永久的标识。与光学扫描振镜结合使用，便可以打出任何图案，使之成为应用广泛的打标工具。
不锈钢的物理化学性质和它对激光的反应是值得研究的，因为根据入射光的特征和不锈钢的等级不同，最终实现的视觉效果可能完全不同。
足够脉冲能量的激光会使金属表面局部熔化，熔化部分会产生一系列的凹坑并与环境中的氧气发生反应从而变成深色的标记，并能触摸到轮廓，有凹凸感。随着脉冲能量的提高，一些材料被汽化且在凹穴熔化处产生气压而导致飞溅效果，大大提高了标记的视觉质量。来回反复多次打标后也可得到雕刻的效果。
图1 雕刻打标汽车零部件
如果选用较低的能量密度和较长的加工时间，则会获得完全不同的效果：在金属不熔化的情况下也可以产生深黑色的标记，这在工业上通常被称为退火打标（冶金专家并不承认这个名称）。其实，这更应该被称为黑色氧化打标，它的对比度非常高，但是并不会对材料表面的粗糙度或者纹理产生影响。在消费品领域，这类标记被广泛应用。不过，人们更感兴趣的，或许是它在手术器械上的应用。手术器械对标记质量的要求是最为严格的，因为它必须保证经过多次杀菌处理后，没有质量上的降低或者局部生锈。这是一个严峻的挑战，需要非常小心的控制脉冲条件和热量的输入。光纤激光器脉冲的灵活性和可控性使其理想适合于这类应用。
光纤激光器可以打出黑色的标识，那么它是否能够打出白色呢？答案是可以的，光纤激光器也可以在不锈钢上打出纯白的标识。而且同样是通过控制激光的能量来实现的。用作生成网格点的激光，脉冲短，能量低，使得不锈钢表面仅仅能够产生一点点的熔化，而在任何有害的大气氧化发生之前已经固化…这样便能产生牢固的白色标识，由于这种标识较为美观，因此经常被用在各类消费品上，如相机和手机等。除此之外，这类标识会对材料的物理性能有显著的影响，例如影响材料的润湿特征。使用光纤激光器改变材料表面的特性是目前研究和开发的热点。
图4 SM脉冲的扫描电子显微镜图像
通过改变点的分布密度或者改变所有单个点的能量密度也可以实现灰度打标效果，其中前者是传统打印技术中比较常用的方法。
但是世界并不是黑白的，激光器是否能够打出彩色的标记呢？完全可以，在不用任何色素或者添加剂的情况下，仅仅靠改变光的能量，我们就可以利用激光器在不锈钢表面打出彩色的标识。原理是在不锈钢的局部表面，生成一层厚度受到精确控制的氧化膜。由于衍射效应，不同厚度的氧化膜便可以呈现不同的颜色。但这一技术目前还只在科研上实现，并未形成广阔的市场和工业应用，因为其加工速度很慢而且其色调很难复制或者匹配PANTONE（国际色卡）标准。但是它的确是极具视觉冲击的，并且是激光光源稳定性和通用性的一个很好的例证。
Electrox提供的彩色激光打标图片
在拉丝表面的不锈钢上进行抛光处理，是一项更为复杂的加工工序，也是最具有说服力的一个例证。重复率高达1MHz的低能量超短脉冲激光，能够使拉丝不锈钢的粗糙表面引起局部熔化，这种再熔化正好有效地对材料进行了抛光，使其重新具有了反光的外观。
因此光纤激光器和不锈钢的结合可以实现许多不同的效果，希望本文能对你的打标或表面处理应用有所帮助。
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(9/20/2011) |
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