大通激光:超脉冲型激光器在玻璃打标的优势

2009/4/20/10:25来源:中国激光网作者:骆应防 朱俊峰

 

    目前在玻璃打标市场上常用的是连续输出CO2激光器(CW型),但是由于这种激光器的激光上升下降时间比较长、脉宽长,从而使得激光在玻璃上作用的时间也变长,最终导致在打标之后玻璃因受热不均而在打标位置周围出现四散蔓延的炸裂现象,这种现象不仅严重影响了打标的美观效果,更重要的是破坏了玻璃的强度,不管如何调整打标软件的参数设置,都很难打出理想的效果。
 
    美国大通激光公司经过长期的试验,潜心研究,设计出全球独有的超脉冲型射频激励CO2激光器,该激光器具有激光上升下降时间短、光信号脉宽短、脉冲峰值功率高等特点,在玻璃打标方面具有连续型激光器无法比拟的独特优势。 

    以下介绍的就是三种市场上常用的玻璃打标方法,以及使用美国大通激光公司的CO2超脉冲型射频激光器所试验出来的效果。 

    1.点阵标刻法 

    激光打标机打点阵,可以采用软件本身自带的点阵字体,用连续激光打出点阵效果,但是控制方式不够灵活。采用超脉冲激光标刻法,每个激光脉冲打一个点。相比连续激光打点阵,脉冲标刻法具有更快的速度,更灵活的控制方式,可以通过控制打标速度和激光频率控制点与点之间的距离,通过控制脉冲宽度控制打点的深浅度。 


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    图1 采用脉冲点阵打法打的英文字母,频率0.5KHz 脉宽100us 

    工艺技巧是选用脉冲宽度和脉冲能量与玻璃散热系数相适应去控制玻璃裂纹的多少,而裂纹的多少影响打标效果的对比度和美观度。一般脉冲时间越短,玻璃裂纹越少,脉冲时间太短时,必须保证有足够高的脉冲能量,此时可选用峰值功率相对高且激光脉冲的上升下降相对短的超脉冲激光器。当脉冲时间足够短时,可以打出完全没有裂纹的点。 

    2.线条标刻法 

    有人会认为标刻线条,一定要用连续输出的激光器才可以打出好效果。事实上不尽如此,一般的射频激励CO2激光器只有在占空比设置为100%的时候才能准连续出光。如果固定占空比就无法调整功率大小,事实上要打出好的效果,激光功率与玻璃材料的配合显得更加重要。 


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    图2 脉冲激光标刻的汉字,频率2.5KHz. 


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    图3 脉冲激光打的英文字母 频率10KHz 

    影响线条打标效果的参数还与激光调制信号的频率有很大的关系,一般使用更高激光调制信号频率可以打出更流畅的线条。 

    采用线条标刻法还可以采用大聚焦光斑或者离焦的方法。一般光斑大小聚焦到0.5mm,打的线条线宽约0.7mm。这种方法标刻的玻璃表面损伤,由表层内部受热产生裂纹。  
  

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    图4 0.5mm光斑标刻的线条样式  

    0.5mm光斑标刻的线条样式与填充效果有点相近,但是标刻速度比填充标刻要快几倍。采用0.5mm的光斑还可以获得约10mm的焦深,对加工带来便利。 

    3.填充标刻法 

    填充标刻法可以标刻出各种精美填充样式,仿磨砂,龟裂纹,线裂纹等。填充样式纹路主要决定于图形填充间隔,激光脉冲宽度,峰值功率,频率和打标速度。不同的玻璃类型对打标参数要求不尽相同,但是一般来说脉冲宽度越短,玻璃炸裂越小。  
  

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    图5填充标刻法示例。横向填充0.1mm,频率0.5KHz,脉宽80us。 


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    图6填充标刻法示例。横向填充0.1mm,频率0.5KHz,脉宽120us。 
  


    图7 填充标刻的图案 

    还有值得一提的是激光器的上升延时和下降延时对玻璃的裂纹影响也非常大,激光器的上升延时和下降延时越小,玻璃炸裂越小。但是对一般用户来说激光器的上升延时和下降延时是不可调的。 

    通过以上实验可以看出,美国大通激光公司的超脉冲型激光器因为具有如下优点: 

    1.激光的上升下降时间短,因此可以使用脉宽很短的控制信号,从而激光作用在玻璃上的时间就可以很短,所以打标时很少出现炸裂的现象, 

    2.在玻璃上打点阵有着非常突出的优点(速度快,方便控制);一般来说有微裂纹的打标呈现泛白色,在透明玻璃的反衬下明显可见,但是形成了玻璃材料的表面损伤。没有微裂纹的标记的反衬度不高,但是因为没有造成裂纹,材料的强度基本不受影响。采用超脉冲激光打出来的点阵字符可以成为最佳的折衷方案,这时裂纹呈现圆形轮廓,向外扩张的几率很小;而且点与点之间没有互相连接,裂纹扩张的可能性被大大限制了。这一点可以由图一与图二、图四的对比看出来。 

    3.脉冲峰值功率高,峰值功率至少是连续输出的3倍以上,因此,大通激光的超脉冲型激光器具有非常突出的性价比优势。

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