از اواسط-1960، لیزر برای علامتگذاری، حکاکی و برش استفاده میشود. اولین ماشین علامت گذاری لیزری جهان در سال 1965 برای حفاری سوراخ های آینده در قالب های تولید الماس توسعه یافت و متعاقباً این فناوری شتاب سریعی پیدا کرد.
معرفی اولیه ازلیزر CO2 برای علامت گذاریدر سال 1967 رخ داد و این فناوری در اواسط{1}} از طریق تجاری سازی سیستم های لیزر CO2 مدرن به بلوغ رسید. از آن زمان، سیستمهای علامتگذاری لیزری به یک پایه اصلی در طیف گستردهای از صنایع از هوافضا گرفته تا تولید تجهیزات پزشکی، داروسازی و خردهفروشی تبدیل شدهاند.
علیرغم رقابت با سایر فناوریها مانند چاپ جوهرافشان، لیزرها به عنوان یک فناوری قدرتمند، کم هزینه و قابل تکرار برای علامتگذاری شناخته شدهاند. نکته مهم این است که این فرآیند سازگار با محیط زیست است و به مواد مصرفی (مانند جوهر، کارتریج و کاغذ) نیاز ندارد. اکنون، سیستم های علامت گذاری لیزری دیگر تنها به لیزرهای CO2 متکی نیستند. سایرین، مانند لیزرهای فیبر و منابع نور Nd: YAG، ردپای کوچکتر، هزینههای نگهداری کمتر و جایگزینهای کارآمد را ارائه میدهند. و پیشرفت در قابلیت های تکنولوژیکی مشهود است. سریعترین ماشینهای علامتگذاری لیزری تجاری اکنون میتوانند دهها هزار قطعه را در ساعت پردازش کنند.
در حالی که تکامل فناوری نشانگذاری لیزری سریع بوده است، تولیدکنندگان و کاربران سیستمهای علامتگذاری لیزری اکنون به دنبال مسیرهای جدیدی هستند تا مرزهای فناوری علامتگذاری را برای رویارویی با چالشهای جدید و بهبود نتایج پردازش دنبال کنند.
علامت گذاری لیزر مدار سرامیکی
این چالشها ناشی از مواد جدیدی هستند که باید پردازش شوند، و برنامههای کاربردی جدیدی که باید ارائه شوند - هر کدام نیاز به رشد و نوآوری را در حالی که بازار توسعه سیستم لیزر را شکل میدهند، تحریک میکنند.
مثلا،سرامیکیکی از سریع ترین مواد در حال رشد در پردازش لیزر است و این ماده به ویژه در ساخت قطعات نیمه هادی و برد مدار اهمیت دارد. بردهای مدار چاپی (PCB) که اغلب به عنوان "مادر تمام محصولات سیستم الکترونیکی" نامیده می شود، جزئی هستند که تقریباً در تمام محصولات الکترونیکی استفاده می شود و تغییرات کوچک در توسعه PCB تأثیر قابل توجهی بر روند بازار دارد.
در سالهای اخیر، تمرکز به استفاده از سرامیک در بردهای مدار چاپی معمولی (PCB) که از رزینهای اپوکسی پلاستیکی مانند FP4 ساخته میشوند، تغییر کرده است. بردهای مدار سرامیکی قابلیت عملیات حرارتی عالی را ارائه میدهند، پیادهسازی آنها آسان است و در مقایسه با PCBهای غیر سرامیکی، عملکرد بهتری دارند. با این حال، بسیاری از تکنیک های علامت گذاری - مانند پردازش صفحه نمایش برای سرامیک ها مناسب نیستند. علامت گذاری جوهر سرامیک ها دست و پا گیر است، به چندین ماده مصرفی نیاز دارد و در برابر سایش مقاوم نیست. شکنندگی و سختی سرامیک ها همچنین آنها را به یکی از سخت ترین مواد برای علامت گذاری تبدیل می کند.
در نتیجه، لیزرها در سالهای اخیر بهعنوان جایگزینی برای فناوری چاپ جوهر به شهرت رسیدهاند و بسیاری از شرکتهای لیزری سیستمهایی را بهویژه برای نشانگذاریهای سرامیکی، مانند لیزرهای UV حالت جامد با پمپ دیود و همچنین CO2 معمولی توسعه دادهاند. لیزرها
اندرو می، مدیر یک شرکت علامت گذاری لیزری می گوید: «این شامل گرایش به کوچک سازی است. با این حال، او تاکید می کند که معرفی روندهای جدید بازار نیز زمان بر است، "آیا هر هفته یک برنامه جدید وجود دارد؟ نه. اما 15 سال پیش، ما هرگز روی سرامیک های مینیاتوری علامت گذاری نمی کردیم و اکنون انجام می دهیم."
مواد، شکل ها و اندازه های انعطاف پذیرتر
با این حال، با وجود رشد سریع، مارک سرامیکی در الکترونیک در حال حاضر بزرگترین بازار شرکت مارک لیزری نیست. اندرو می میگوید: «بزرگترین صنعت برای ما دستگاههای پزشکی است، سپس خودروسازی، الکترونیک و قطعات مهندسی عمومی. طیف محصولات مورد نیاز بسته به صنعت و صنعت مورد نظر بسیار متفاوت است.»
این شرکت دارای هشت سیستم لیزری است (پنج تای آنها مبتنی بر Galv هستند) که خدمات علامتگذاری را برای کاربردهای مختلف ارائه میکنند. به همین دلیل، و به دلیل اینکه شرکت همیشه در حال جذب مشتریان جدید با الزامات سفارشی است - می تأکید می کند که توانایی انعطاف پذیری بسیار مهم است. در نتیجه از لیزرهای مناسب برای علامت گذاری مواد، شکل ها و اندازه های مختلف و همچنین اندازه های دسته ای مختلف استفاده می کند. طیف نشانگرهایی که می تواند ارائه دهد نیز به اندازه پایگاه مشتریانش متنوع است، با لیزرهای آن که قادر به تولید همه چیز از کدها گرفته تا گرافیک ها و ماتریس های داده هستند - همه با سرعت بالا و با قابلیت تکرار بالا.
بنابراین تامین این انعطافپذیری برای سازندگان ماشینهای علامتگذاری لیزری ضروری استبلوهم سیستمی.
تقاضا برای ردیابی اجزا در حال رشد است
یکی دیگر از روندهای مهم در زمینه علامت گذاری لیزری، تضمین و اصلاح قابلیت ردیابی است - شناسایی فردی یک محصول با استفاده از یک علامت شناسایی منحصر به فرد بر روی سطح آن. این علامتگذاری میتواند اشکال مختلفی داشته باشد، اما استفاده از ماتریسهای دادهای مانند کدهای دو بعدی (کدهای QR) بسیار محبوب و مهم است.
با علامتگذاری یک محصول با کد ماتریس داده منحصربفرد خود، میتوان آن را بهراحتی با جزئیات کلیدی مانند سازنده، شماره دسته و طول عمر به روشی غیرقابل نفوذ شناسایی کرد. این تضمین کیفیت را فراهم می کند: مصرف کنندگان و کاربران می توانند منشاء دقیق یک محصول را تعیین کنند. این تضمین کیفیت ارتباط مستقیمی بین مصرفکننده و تولیدکننده ایجاد میکند و به محصول ارزش افزوده میدهد و آنها را قادر میسازد تا با تولید کمهزینه رقابت کنند. به دلیل دقت باورنکردنی، لیزر برای نوشتن کدهای دقیق به اندازه 200 میکرومتر مناسب است - بسیار کوچک است که توسط شخصی که از آنجا می گذرد دیده شود، اما اگر فردی موقعیت مکانی خود را بداند به راحتی با گوشی هوشمند بررسی می شود. در چنین اندازههایی، میتوان از ماتریسهای داده برای اهداف ضد جعل استفاده کرد که بررسی اصالت کالاهای باکیفیت را به روشی غیر سرزده آسان میکند. این تأثیر زیادی بر صنعت داروسازی دارد زیرا راهی برای اطمینان از عدم تولید و توزیع تقلبی داروهایی مانند قرصها است.
قابلیت ردیابی مؤلفه زمانی که به عنوان مدرک در دعوی قضایی استفاده می شود نقش مهمی ایفا می کند. به عنوان مثال، اگر فردی پیوند پزشکی داشته باشد و پیوند با شکست مواجه شود، قابلیت ردیابی به او این امکان را می دهد که دقیقاً بداند چه مشکلی رخ داده است، کجا اشتباه بوده و در کدام دسته اشتباه انجام شده است. این مطمئناً کارایی را در مواردی مانند فراخوان محصول افزایش می دهد، اما همچنین به مشتری استقلال بیشتری می دهد. ممکن است واضح نباشد، اما از آنجایی که جامعه بیشتر به دعاوی حقوقی علاقه مند می شود، فناوری که می تواند احکام دادرسی را تقویت کند، باید ادامه یابد.
قابلیت ردیابی همچنین به روند دیگری در تولید کمک می کند: بهبود پایداری زیست محیطی و کاهش اثرات زیست محیطی. با ردیابی یک محصول برای اطلاع از خرابی آن، یا دانستن اینکه چه زمانی به پایان چرخه عمر خود می رسد، تولیدکنندگان بهتر می توانند به طور فعال جایگزین و بازیافت کنند. این همچنین به این معنی است که محصولات را می توان برای نوسازی همانطور که در نظر گرفته شده است بازگرداند، بنابراین تجهیزات کمتری ممکن است در محل دفن زباله ها قرار گیرند.
با این حال، سیستم های برچسب گذاری ماتریس داده های فعلی با چالش های زیادی روبرو هستند. مواد خاصی کار را دشوارتر می کنند - به ویژه شیشه و پلیمرها، و همچنین فلزات نازک و فویل ها. همچنین علامت گذاری باید دائمی و پایدار باشد و سیستم باید بتواند طیف وسیعی از اندازه های محصول را در خود جای دهد.
یک چالش خاص برای برخی از ماشینهای علامتگذاری لیزری، علامتگذاری روی سطوح غیرمسطح است. تعداد پرینترهای جوهرافشان در این زمینه هنوز از سیستم های مبتنی بر لیزر بیشتر است. در نتیجه، مهندسان سیستم برای غلبه بر این چالش ها تلاش می کنند. برای مثال، برخی از سازندگان سیستمهای علامتگذاری لیزری، لیزرهای CO2 و فیبر را با توان متوسط 20-500 وات و زمانهای چرخه متفاوت، مجهز به اپتیکهای فوکوس تنظیم خودکار برای استفاده در سطوح سهبعدی ارائه میکنند که میتوان آن را با انحنای تنظیم کرد. شی برای محاسبه سطوح با هندسه ناشناخته، سیستم ها از یک سیستم دید فوکوس خودکار استفاده می کنند که ابتدا سطح سه بعدی را اسکن می کند و سپس در طول فرآیند علامت گذاری فوکوس لیزر را تنظیم می کند.
با این حال، سطوح غیر مسطح تنها چالش پیش روی سازندگان سیستم های مارک لیزری نیستند. دکتر فلورنت تیبو، مدیر عامل یک تولید کننده محلول های علامت گذاری لیزری، توضیح می دهد: "در بسیاری از موارد، محلول های علامت گذاری که در سطح جهانی استاندارد شده اند، مانند جوهر افشان، قادر به برآورده کردن الزامات مورد نیاز برای ارائه یک علامت خاص برای هر محصول نیستند. در حال حاضر. استفاده معمول از لیزر در حال حاضر به عنوان یک روش پیوسته در دسترس است، درست مانند استفاده از یک قلم. با این حال، این به اندازه کافی سریع نیست - ما باید راه حلی پیدا کنیم که حجم و دقت تولید را متعادل کند."
علامتگذاری متوالی تحت تأثیر قرار میگیرد زیرا علامتگذاری لیزری باید برای هر محصول تغییر کند، بنابراین داشتن یک فناوری علامتگذاری که میتواند با هر محصول سازگار شود بسیار مهم است. تولیدکنندگان به توان عملیاتی بسیار بالایی نیاز دارند - علامت گذاری باید مطابقت داشته باشد و نرخ علامت گذاری باید بالا باشد - و این حتی مشکلات پردازش برخی مواد مانند شیشه یا پلیمرها را در نظر نمی گیرد.
برای حل این مشکل، یک تولید کننده راه حل های علامت گذاری لیزری، فناوری VULQ1 خود را ثبت اختراع کرده است، که برنده جایزه نوآوری سیستم های لیزر در سال جاری مهندسی تولید صنعتی لیزر جهانی فوتونیک شد، که استفاده از یک پرتو پیوسته نور را انتخاب نمی کند. مورد با سیستم های علامت گذاری معمولی). در عوض، از صدها پرتو نور برای ایجاد یک اثر تمبر مانند استفاده می کند - و یک کد ماتریس کامل داده را در یک لحظه تولید می کند. روش مورد استفاده برای تولید این مهر منحصر به فرد، شکل دهی پرتو دینامیکی است که با استفاده از اجزایی مانند مدولاتور نور فضایی (SLM) انجام می شود که می تواند بر اساس هر شات برای ایجاد پرتوهایی با ساختار منحصر به فرد تنظیم شود.
در حالی که سایر فناوریهای علامتگذاری لیزری ممکن است نرخهای تکرار بالا را برای توان عملیاتی بالا در اولویت قرار دهند، این فناوری از انرژی پالس بالاتر و پردازش موازی برای نتایج بهتر استفاده میکند.
تیبو میگوید: «این طرح علامتگذاری مهر مانند، پتانسیل بهرهوری فوقالعادهای را برای علامتگذاری بارکد دوبعدی باز میکند و پیادهسازی آن ساده است».
به عنوان مثال، فناوری آن میتواند برای علامتگذاری قطعات پزشکی PVC با 570-کد ماتریس داده با عرض میکرومتر با نرخ ۷۷،000 در ساعت استفاده شود. مواد دیگری که سیستم می تواند علامت گذاری کند شامل آلومینیوم پوشش داده شده با پلیمر HDPE است. لیوان سودا آهک؛ شیشه بوروسیلیکات، طلای خالص و کامپوزیت قالب گیری اپوکسی.
تیبو اضافه میکند: «اندازههای الگو میتوانند به کوچکی 100 میکرومتر باشند در حالی که خوانایی کاملاً واضح را حفظ میکنند، حتی زمانی که در یک خط مستقیم علامتگذاری میشوند، زیرا همه نقاط به طور همزمان علامتگذاری میشوند». علاوه بر این، از آنجایی که این فناوری نیازی به تکیه بر فرکانسهای تکرار بالا ندارد، این فناوری میتواند سیستمهایی را با استفاده از لیزرهای مادون قرمز و سبز Nd: YAG با فرکانسهای تکرار حدود 20-30 هرتز بسازد و اطمینان حاصل کند که سیستمهای آن تا حد امکان مقرون به صرفه باقی بماند.
لیزر فوق سریع شیشه را به ذخیره سازی داده تبدیل می کند
یکی دیگر از حوزه های جدید و هیجان انگیز علامت گذاری لیزری، ذخیره سازی داده ها است. محققان ادعا میکنند که میتوانند با استفاده از لیزرهای فوق سریع برای رمزگذاری دادهها در رسانههای شیشهای/کریستالی، سیستمهای ذخیرهسازی کارآمدی تولید کنند. داده ها در شیشه/کریستال به شکل میکرو ابلیشن ذخیره می شوند و پس از تولید، می توانند برای مدت زمان شگفت انگیزی حفظ شوند.
در سال 2013،هیتاچیاولین سیستم ذخیره سازی داده های کریستال کوارتز خود را اعلام کرد و در سال 2014، محققان مرکز تحقیقات اپتوالکترونیک دانشگاه ساوتهمپتون (ORC) توسعه خود را از یک سیستم شیشه ای اچ لیزری فمتوثانیه اعلام کردند. ORC همکاری با Microsoft Research در مورد "Project Silica" را آغاز کرده است ORC همکاری با Microsoft Research را در مورد "Project Silica" آغاز کرده است، که وعده توسعه سیستم های ذخیره سازی در مقیاس zb و "بازنگری اساسی در نحوه ساخت سیستم های ذخیره سازی انبوه را می دهد.
با این حال، نوشتن روی شیشه کار آسانی نیست و سیستمهای لیزری پالسی UV یا CO2 استاندارد میتوانند ریزترکهایی ایجاد کنند - گرم شدن بیش از حد سطح ماده میتواند منجر به آسیب در نقاط داغ حرارتی شود. در حالی که می توان با کاهش انرژی پالس از این امر جلوگیری کرد، اما زمانی که به دقت بالایی نیاز است ایده آل نیست. به همین دلیل است که محققان برای به حداقل رساندن خطر آسیب حرارتی به سیستم های لیزر فوق سریع (فمتوثانیه) روی می آورند. مدت زمان بسیار کوتاه پالس پرانرژی تضمین می کند که انرژی کافی به ماده تحویل داده می شود تا آن را با دقت بسیار زیاد علامت گذاری کند و تنها مناطق کمتری را تحت تأثیر حرارت ایجاد کند و از ریزترک ها جلوگیری کند.
محدودیت فعلی این فناوری سرعت بسیار پایین نوشتن داده است و نوشتن داده در مقیاس Tb ممکن است سال ها طول بکشد. خوشبختانه، پیشرفتهای مداوم راههایی را برای افزایش سرعت نوشتن دادهها پیشنهاد میکنند. سال گذشته، محققان ORC یک روش نوشتن لیزری کم مصرف را در مجله Optica منتشر کردند: این روش نه تنها سریع است، بلکه میتواند حدود 500 ترابایت داده را روی دیسکهای سیلیکا در اندازه CD ذخیره کند - آنها 10 هستند،000 چگالی تر از فناوری ذخیره سازی دیسک بلوری.
روش جدید محققان از لیزر فیبری 515 نانومتری با فرکانس تکرار 10 مگاهرتز و مدت زمان پالس 250 fs برای ایجاد حفرههای ریز در شیشه سیلیکا استفاده میکند که حاوی ساختارهای نانولامیری منفرد با ابعاد تنها 500 × 50 نانومتر است. این نانوساختارهای با چگالی بالا را می توان برای ذخیره سازی طولانی مدت داده های نوری استفاده کرد. محققان به سرعت نوشتن 1،{8}}،000 وکسل در ثانیه دست یافتند که معادل ثبت حدود 225 کیلوبایت داده (بیش از 100 صفحه متن) در ثانیه است.
روش جدید برای نوشتن 5 گیگابایت داده متنی بر روی یک دیسک شیشه ای سیلیکونی به اندازه یک CD-ROM معمولی با دقت خواندن نزدیک به 100٪ استفاده شد. هر وکسل حاوی چهار بیت اطلاعات است که هر دو وکسل مربوط به یک کاراکتر متنی است. با استفاده از چگالی نوشتن ارائه شده توسط این روش، دیسک قادر به نگهداری 500 ترابایت داده خواهد بود. به گفته محققان، با ارتقای سیستم برای نوشتن موازی، نوشتن این مقدار داده در حدود 60 روز ممکن است.
