1 پیشگفتار
در اواخر دهه 1970 و اوایل دهه 1980، یک نام تجاری-فناوری کاربردی لیزر جدید-فناوری علامت گذاری لیزری{4}}بی سر و صدا در صحنه بین المللی ظهور کرد. دستگاه علامت گذاری لیزری کاربرد قابل توجهی از اصول پردازش لیزر را نشان می دهد. به طور خاص، از یک پرتو لیزر پردازش شده برای تابش سطح یک ماده استفاده می کند. انرژی نور فوراً به انرژی حرارتی تبدیل میشود و باعث میشود که مواد سطح در یک لحظه ذوب یا حتی تبخیر شوند و در نتیجه علائمی متشکل از متن، الگوها و عناصر دیگر ایجاد شود.
2 زمینه های کاربردی و مزایای علامت گذاری لیزری
در بخش صنعت، انتقال تدریجی از پردازش الکتریکی به عصر پردازش نوری صورت گرفته است. ماشینهای علامتگذاری لیزری بسیار متنوع هستند، نتایج و پایداری عالی ارائه میدهند و در نتیجه کاربرد گستردهای در زمینههای متعدد پیدا کردهاند. آنها میتوانند مواد فلزی مختلف-و همچنین-مواد غیرفلزی خاص- را حکاکی کنند یا علامتهای دائمی و ضد تقلبی ایجاد کنند که تکرار آن بسیار دشوار است. این ماشین ها با تسهیل سیستم های ورودی و خروجی کامپیوتر و استفاده از مکانیزم اسکن گالوانومتر، به سرعت پردازش سریعی دست می یابند. سیستم هدایت نور کاملاً محصور آنها سازگاری قوی با شرایط محیطی مختلف نشان میدهد، در حالی که ساختار داخلی مدولار آنها تعمیر و نگهداری و سرویس را ساده میکند. آنها بهویژه برای ادغام در جریانهای کاری تولید «روی{10}}بهخوبی-مناسب هستند. ماشینهای علامتگذاری لیزری اکنون به طور گسترده برای اعمال علائم تجاری، شماره دسته، تاریخ، بارکد و سایر شناسهها در طیف گستردهای از محصولات، از جمله اقلام سختافزاری مختلف، ظروف فلزی، ابزار دقیق، قطعات خودرو، قطعات الکترونیکی، ابزارهای برش، هدایا، ساعتها، لوازم لولهکشی، زیپها، عینکها استفاده میشوند. سگک کفش و صفحه کلید کامپیوتر. شکل های 1 و 2 به ترتیب الگوهای ایجاد شده از طریق علامت گذاری لیزری روی یک دیسک مغناطیسی و یک پاک کن را نشان می دهند. با انجام پردازش مارک لیزری، محصولات را می توان از نظر کیفیت بالا برد و از نظر رقابت در بازار افزایش داد.
علامت گذاری لیزری دارای مزایایی است که تقریباً با روش های سنتی (مانند اچ شیمیایی، ماشینکاری تخلیه الکتریکی، حکاکی مکانیکی و چاپ) قابل مقایسه نیست. اول، از فناوری کنترل عددی (NC)-یا کنترل مستقیم رایانه-استفاده میکند که تغییر محتوای علامتگذاری را بسیار آسان میکند. این قابلیت کاملاً با-کارایی بالا و سرعت{4}} تقاضاهای تولید مدرن مطابقت دارد. دوم، با استفاده از لیزر به عنوان رسانه پردازش، دقت حکاکی عالی را به دست میآورد و در عین حال سازگاری گسترده با مواد مختلف را نشان میدهد و امکان ایجاد نشانههای بسیار پیچیده و فوقالعاده بادوام را در طیف وسیعی از سطوح فراهم میکند. در نهایت، از آنجایی که این فرآیند شامل هیچ تماس فیزیکی یا نیروی مکانیکی بر روی قطعه کار نمی شود، تضمین می کند که دقت و یکپارچگی اصلی قطعه کار به طور کامل حفظ می شود. این می تواند به عنوان مرحله نهایی فرآیند تولید عمل کند و در نتیجه نیاز به عملیات تکمیلی پس از علامت گذاری{8} را از بین ببرد. روش پردازش آن بسیار انعطافپذیر است و میتواند الزامات{10}}سبک آزمایشگاهی، تولید کوچک-دستهای و تولید صنعتی{12}}در مقیاس بزرگ را برآورده کند. علاوه بر این، هیچ آلاینده ای تولید نمی کند و آلودگی زیست محیطی ایجاد نمی کند{14}}که در دنیای امروزی که حفاظت از محیط زیست به طور فزاینده ای در اولویت قرار دارد، اهمیت ویژه ای دارد. مهمتر از همه، جعل یا تغییر دادن علامتهایی که با استفاده از فناوری علامتگذاری لیزری ایجاد میشوند، بسیار دشوار است، بنابراین قابلیتهای ضد جعل قوی ارائه میکنند. از دهه 1990{19}}به دلیل بلوغ فزاینده فناوری علامتگذاری لیزری، اصلاح مداوم تجهیزات مارکگذاری لیزری و درک عمیق بازار از این تکنیک جدید{20}}و عمدتاً به دلیل مزایای متمایز آن، فناوری علامتگذاری لیزری به طور فزایندهای کاربرد گستردهای در سطح بینالمللی پیدا کرده است. نکته قابل توجه، زمانی که شرکت مشهور آمریکایی اینتل نسل جدید تراشههای CPU رایانه خود را-Pentium، Pentium Pro و Pentium MMX{23}}راهاندازی کرد، از فناوری علامتگذاری لیزری برای حک کردن علامتها بر روی سطح هر تراشه استفاده کرد.
3 طبقه بندی ماشین های علامت گذاری لیزری
علامت گذاری لیزری چگونه به دست می آید؟ به طور کلی، علامت گذاری لیزری تحت کنترل کامپیوتری با ایجاد حرکت نسبی بین قطعه کار و پرتو لیزر انجام می شود. این باعث می شود که پرتو لیزر نمادها و الگوهای مورد نظر را بر روی سطح قطعه کار کند. از نظر تئوری، تا زمانی که بتوان حرکت نسبی کنترل شده را بین لیزر و قطعه کار برقرار کرد، علامت گذاری لیزری می تواند محقق شود. در نتیجه، زمینه فعلی علامتگذاری لیزری دارای طیف گستردهای از ماشینهای علامتگذاری لیزری است.
بر اساس ثابت یا متحرک بودن پرتو لیزر، ماشینهای علامتگذاری لیزری را میتوان به طور کلی به دو نوع طبقهبندی کرد: سیستمهای پرتو ثابت و سیستمهای پرتو متحرک. همانطور که از نام ها پیداست، اولی شامل یک پرتو لیزر ثابت با یک قطعه کار متحرک است، در حالی که دومی شامل یک پرتو لیزر متحرک با یک قطعه کار ثابت است. ماشینهای علامتگذاری لیزر پرتو ثابت معمولاً از یک میز کار دو بعدی-کنترل شده CNC برای دستکاری قطعه کار علامتگذاری شده استفاده میکنند. مزیت اصلی آنها هزینه نسبتا پایین آنهاست. با این حال، معایب آنها به همان اندازه آشکار است: سرعت پایین علامت گذاری، دقت علامت گذاری کمتر، مشکل در علامت گذاری محتوای پیچیده مانند عکس ها، و چالش ادغام آنها در خطوط تولید آنلاین. ماشینهای علامتگذاری لیزری متحرک را میتوان بر اساس روش خاص دستکاری پرتو به انواع مختلفی تقسیم کرد. در حالی که هرکدام دارای مزایا و معایب منحصربهفرد هستند، سیستمهای پرتو متحرک معمولاً از سیستمهای تیر ثابت بهتر عمل میکنند. در بین سیستمهای پرتو متحرک، دستگاه علامتگذاری لیزری مبتنی بر گالوانومتر-بهعنوان نمونه برتر برجسته است. در حال حاضر، در جامعه بینالمللی علامتگذاری لیزری به طور گسترده پذیرفته شده است که، در میان آرایههای متنوع ماشینهای موجود، سیستم مبتنی بر گالوانومتر{17}}بهخاطر مزایای ذاتی متعدد آن{18}}بهعنوان محصول اصلی ظاهر شده است و بهعنوان جهت قطعی فناوری لیزر برای توسعه آینده در نظر گرفته میشود.
بر اساس نوع منبع نور مورد استفاده، ماشین های علامت گذاری لیزری را می توان به ماشین های علامت گذاری لیزری YAG و ماشین های علامت گذاری لیزر CO2 طبقه بندی کرد. این دو منبع نور مجزا برای علامت گذاری انواع مختلف مواد مناسب هستند. به دلیل تفاوت در طول موج، ماشینهای علامتگذاری لیزر گاز CO2 به علامتگذاری مواد غیرفلزی محدود میشوند، در حالی که ماشینهای علامتگذاری لیزری حالت جامد YAG میتوانند هم مواد غیرفلزی و هم فلزی را علامتگذاری کنند. مواد مصرفی اولیه برای دستگاه علامت گذاری لیزر گاز CO2 مخلوط گاز یا لوله های لیزر جایگزین هستند. علاوه بر این، عدسیهای ژرمانیومی اجزای سایش و پارگی هستند که هزینه نسبتاً بالایی دارند. در مقابل، ماده مصرفی اصلی برای یک دستگاه علامتگذاری لیزر حالت جامد YAG لامپ پمپ است (لیزرهای پالسی از لامپهای زنون استفاده میکنند، در حالی که لیزرهای موج پیوسته از لامپهای کریپتون استفاده میکنند)، که ارزان است. در سالهای اخیر، به دلیل کاهش هزینه لیزرهای نیمهرسانا، نوع جدیدی از فناوری لیزر پدیدار شده است: کریستالهای لیزر نیمهرسانا پمپ شده (مانند YAG) که یک پرتو لیزر در طول موج 1064 نانومتر تولید میکنند. مشخصه این سیستمها طول عمر عملیاتی رایگان 10000 ساعت،{20}}برخلاف سیستمهای سنتی{21}}در مقیاس بزرگ- نیست. لیزر داهنگ (چین) پیشگام در بازار داخلی بود و اولین دستگاه علامت گذاری لیزری نیمه هادی- پمپی YVO4 را با موفقیت توسعه داد. این فناوری به یک استاندارد بین المللی پیشرفته رسیده است و از آن زمان به یک محصول استاندارد شده تبدیل شده است.
4 انتخاب ماشین های علامت گذاری لیزری
سیستم های علامت گذاری لیزری از انرژی لیزر برای ایجاد علائم روی یک بستر استفاده می کنند. با این حال، اثرات واقعی تولید شده می تواند به شدت متفاوت باشد، بسته به عواملی مانند نوع لیزر مورد استفاده و خواص ذاتی مواد بستر. برای مثال، لیزرهای CO2 موج{1} پیوسته معمولاً علائمی را از طریق فرسایش سطحی (اچ کردن) ایجاد میکنند. لیزرهای گازی با فشار اتمسفر (TEA) پالسی برانگیخته عرضی از طریق کربنسازی علامتگذاری میشوند. لیزرهای اگزایمر بر واکنش های فتوشیمیایی تکیه دارند. در حالی که لیزرهای Nd:YAG از روش های واکنش ترموشیمیایی استفاده می کنند.
هر برنامه خاص مجموعه ای منحصر به فرد از الزامات عملکرد را ارائه می دهد. در نتیجه، انتخاب یک سیستم لیزری را نمی توان خودسرانه انجام داد. برای طراحان سیستمهای علامتگذاری لیزری، چالش حیاتی در انتخاب مناسبترین طول موج لیزر و پیکربندی نوری برای هر ماده زیرلایهای برای اطمینان از ایجاد یک علامت ایدهآل با کیفیت- نهفته است. کلید موفقیت آمیز بودن علامت گذاری لیزری در کاربرد دقیق روش "6-سیگما" نهفته است. به عنوان مثال، در زمینه علامت گذاری پلاستیک، طراحان باید ترکیب شیمیایی مواد و فرآیند قالب گیری آن را به طور کامل تجزیه و تحلیل کنند تا از پراکندگی یکنواخت مواد افزودنی اطمینان حاصل کنند و ادغام جامع فناوری های کنترل کیفیت - مانند سیستم های بینایی ماشین را تسهیل کنند.
سیستمهای لیزر Nd:YAG و CO2 قابل هدایت-تا به امروز ایدهآلترین راهحلها برای کاربردهای علامتگذاری لیزری هستند. تصویری از پیکربندی فیزیکی یک ماشین علامت گذاری لیزری Nd:YAG را می توان در شکل 3 مشاهده کرد. یک سیستم معمولی از یک جفت آینه اسکن برای هدایت پرتو لیزر استفاده می کند و آن را از طریق یک سیستم عدسی شیئی هدایت می کند تا دقیقاً بر روی سطح هدف متمرکز شود. این آینه ها حرکات اسکن خود را مطابق با دستورات صادر شده توسط کامپیوتر کنترل انجام می دهند. سایر لیزرها-مانند پالسی برانگیخته شده عرضی اتمسفر-لیزرهای گاز فشار-از نشانگذاری ماسک استفاده میکنند، در حالی که سیستمهای علامتگذاری ماتریسی نقطهای لیزر CO2 نیز جایگاهی در صنعت علامتگذاری دارند.
