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    塑料打標(biāo)

     使用這些激光器用于塑料打標(biāo)應(yīng)用已經(jīng)成為被工業(yè)各部門廣泛接受。近年來的激光器銷售主要同噴墨技術(shù)競爭，在系統(tǒng)銷售總量方面獲得了相當(dāng)?shù)姆蓊~，而且跡象表明市場份額將繼續(xù)擴(kuò)張。這一成功的原因來自許多方面，包括擁有成本的減少，這包括墨盒成本，儲存及廢棄帶來的成本，另外使標(biāo)記持久性及一致性得到提升。

    跟墨水沉積技術(shù)以及那些通過應(yīng)用彩色粉末或薄膜的技術(shù)不同的是，Nd:YAG或 Nd:YVO4激光器使塑料顏色改變這一典型物理效果同聚合體在氧環(huán)境中發(fā)生熱分解（高溫分解）反應(yīng)有關(guān)。

    使用的技術(shù)，依賴于基層的結(jié)構(gòu)，以及最后所需達(dá)到的效果，因而可能因具體應(yīng)用的不同而有所區(qū)別。在直接“炭化”應(yīng)用（聚合物的熱分解產(chǎn)生深色標(biāo)記）中，通過使用高頻設(shè)置獲得高平均功率；在被稱為“泡沫”的應(yīng)用中通過低頻設(shè)置獲得高峰值功率脈沖，使融化的聚合物重新凝固后形成可見的凸起標(biāo)記；在被稱為平滑“冷打標(biāo)”應(yīng)用（見圖1）中，使表面下的氧化鈦層發(fā)生光致還原反應(yīng)。

    圖1：在白色塑料牛耳標(biāo)上的打標(biāo)印記

    被認(rèn)為是“能激光打標(biāo)的”（可產(chǎn)生有對比度圖案或文字）聚合物是那些能夠吸收激光的波長并將光轉(zhuǎn)化為熱能的材料。不幸的是，大部分聚合物對傳統(tǒng)商用激光器發(fā)出的光束都或多或少“透明”——這意味著激光光束穿透材料而不被吸收。但是，對塑料進(jìn)行激光打標(biāo)是一項(xiàng)令人期待已久的應(yīng)用，因而塑料配方設(shè)計(jì)師和母料供應(yīng)商們?nèi)缃耖_發(fā)出了許多化學(xué)反應(yīng)，允許激光束同聚合物發(fā)生有效的反應(yīng)，而材料本身的物理特性不會在反應(yīng)之后發(fā)生改變。圖2顯示出聚合物中的色素及氧化物如何提高紅外到紫外區(qū)域不同波長激光束的吸收率，從而得到最適合用于激光打標(biāo)的塑料。
   

    圖2：加入色素后的吸收率

    在大多數(shù)情況下，這種方法都能帶來具有良好對比度及銳度的打標(biāo)效果。有種說法是，沒有任何一種添加劑能解決所有的打標(biāo)需求，例如在亮背景上打出深色標(biāo)記或正好相反。同樣值得一提的是，即使使用了色素添加劑，也不可能在單一的聚合物上產(chǎn)生不同的色彩，因而最終的打標(biāo)效果通常保持單色，只可能有顏色深淺的區(qū)別。

    雖然受到這種限制，但一種有趣的基于獲得介于黑白之間不同程度灰色調(diào)的應(yīng)用，正被采用對聚碳酸酯材質(zhì)的ID卡進(jìn)行打標(biāo)。在這種情況下，不同等級的灰色能通過以像素為單位精確調(diào)整激光器的參數(shù)例如脈沖能量及脈沖持續(xù)時間來獲得。這是一項(xiàng)快速發(fā)展的技術(shù)，因?yàn)榧す獯驑?biāo)能帶來高度的安全性和防偽效果。

    金屬的彩色打標(biāo)

    不同于塑料的是，對金屬進(jìn)行打標(biāo)能通過激光束能量來改變表層材料的顏色，獲得一種真實(shí)的裝飾效果。這一效果能夠在作陽極電鍍后的表面及未被處理的表面獲得。第一個例子當(dāng)中，在氧化層中發(fā)生了薄膜干涉因而得到彩色的效果，這一氧化層沉積在陽極電鍍后得到的光潔表面上。

    圖3：金屬盤上的彩色標(biāo)記

    控制激光脈沖參數(shù)能產(chǎn)生不同厚度的新氧化層，從而產(chǎn)生不同的色彩（見圖4）。以這種方式，能獲得不超過2到3種完全不同的色彩。

    圖4：通過控制氧化程度，進(jìn)行金屬的彩色打標(biāo)
    圖5：通過使用Nd:YVO4激光器在不銹鋼原材料表面獲得的一些色彩
    圖6：經(jīng)陽極電鍍處理后的光滑金屬表面得到的裝飾元素

    相比之下，在金屬原材料表面能夠產(chǎn)生各種色彩，這使Nd:YAG 和 Nd:YVO4 激光器的使用成為了一種真正的裝飾工具（見圖5）。在本例當(dāng)中，之所以能產(chǎn)生不同的顏色，同使用多條激光路徑作用于同一區(qū)域并設(shè)置不同激光參數(shù)，從而獲得表面衍射格柵有關(guān)。用于此類應(yīng)用的激光器必須能夠進(jìn)行廣泛的頻率范圍，速度，功率，間距設(shè)置，焦距等等方面的設(shè)置。

    這一新的打標(biāo)技術(shù)帶來了在珠寶及徽章制造等裝飾性領(lǐng)域應(yīng)用的可能性（見圖6）。同其他技術(shù)不同的是，在這些場合用激光彩色打標(biāo)，是完全不會褪色且沒有生物排異反應(yīng)的，因而能夠被用于隱蔽處及三維表面的打標(biāo)。

    結(jié)論：

    使用DPSS Nd:YAG 和Nd:YVO4 激光器生成具對比度的彩色標(biāo)記是一種可行的選擇，可廣泛用于需要靈活性及環(huán)保工具的各個領(lǐng)域，生產(chǎn)清晰，易讀及不褪色的標(biāo)記。特別是用于無法采用傳統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的領(lǐng)域，這種技術(shù)能確保重復(fù)精度并降低耗材帶來的運(yùn)行成本。