Методи за контрол на зоната, засегната от топлина при лазерни маркиращи машини

Машината за лазерно маркиране е устройство, което използва лазерен лъч с висока плътност на енергия, за да нанася постоянно маркиране върху повърхността на материали. По време на процеса на маркиране лазерът генерира топлина върху повърхността на материала и заобикалящата област, като образува зона с термично въздействие (HAZ). Зоната с термично въздействие може да причини оцветяване, изгаряне или локално напрежение, което влияе на качеството на маркирането. В тази статия се анализира HAZ от три аспекта: механизъм на образуване, фактори, оказващи влияние, и методи за контрол.

1. Механизъм на образуване на зоната с термично въздействие

По време на лазерното маркиране лазерният лъч се фокусира върху повърхността на обработвания предмет чрез фокусираща система. Материалът абсорбира лазерната енергия, бързо се нагрява и претърпява локално изпарение или стопяване. Околният участък, който не е напълно изпарен, се нагрява поради топлопроводността, образувайки зоната с топлинно въздействие. Основните характеристики на ЗТВ включват:

Зависимост от размера на точката: По-големите лазерни точки разпределят топлината в по-широко пространство, което води до по-голяма ЗТВ.

Топлопроводност на материала: Металите с висока топлопроводност разсейват топлината бързо, което води до по-голяма ЗТВ, докато материалите с ниска топлопроводност задържат топлината, резултиращи в по-малка ЗТВ.

Енергия и продължителност на импулса: Висока мощност, дълги импулси или непрекъснат режим обикновено увеличават топлинната дифузия.

2. Фактори, влияещи върху размера на зоната с топлинно въздействие

Лазерна мощност
По-високата мощност води до по-голямо абсорбиране на енергия, по-бързо повишаване на температурата на повърхността и по-широка топлинна дифузия, което увеличава ЗТВ.

Ширина на импулса и честота на повторение
Лазерите с кратки импулси концентрират енергията, като задържат топлината във фокусната точка и минимизират зоната с топлинно въздействие. Дългите импулси или високата честота на повторение могат да натрупват топлина, увеличавайки зоната с топлинно въздействие.

Размер на петното и позиция на фокуса
Малките и точно фокусирани петна концентрират топлината, което води до ясни марки. Големите петна или неправилно фокусиране разсейват топлината и увеличават зоната с топлинно въздействие.

Скорост на сканиране
Бавното сканиране кара лазера да остава по-дълго върху една и съща област, увеличавайки натрупването на топлина. По-бързото сканиране намалява повишаването на местната температура и свива зоната с топлинно въздействие.

Материални свойства
Топлопроводността, степента на абсорбция и точката на топене на материала директно влияят на разпространението на топлината. Например алуминият и медта имат висока топлопроводност и по-голяма зона с топлинно въздействие, докато пластмасите и керамиките имат по-малка зона с топлинно въздействие.

3. Методи за контролиране на зоната с топлинно въздействие

Оптимизиране на лазерната мощност и параметрите на импулса
Регулирайте мощността, продължителността на импулса и честотата на повторение според свойствата на материала, за да концентрирате енергията в фокусната точка без излишно разсейване. Кратки импулси с висока пикова мощност ефективно намаляват зоната с топлинно влияние (HAZ).

Регулиране на фокусиращата система
Изберете леща с подходящо фокусно разстояние и се уверете, че фокусната точка е точно върху повърхността на материала, за да се предотврати разсейването на топлината. По-малки размери на петното намаляват HAZ.

Увеличаване на скоростта на сканиране
Увеличете скоростта на галванометричните скенери или XY платформите, за да намалите времето за задържане на лазера и да сведете до минимум натрупването на локална топлина.

Маркиране в стъпки или с множество проходи
При тъмни или дебели материали използвайте няколко прохода с ниска енергия, за да натрупвате постепенно топлина, без да създавате прекомерна HAZ.

Допълнително охлаждане
Използвайте подаване на въздух или водно охлаждане по време на маркиране, за да отстранявате топлината от повърхността и да контролирате разпространението ѝ.

Избор на подходяща лазерна дължина на вълната
Материалите абсорбират различни дължини на вълната по различен начин. Изборът на подходяща дължина на вълната подобрява ефективността на маркирането и намалява топлинната дифузия, като по този начин контролира зоната с топлинно въздействие (HAZ).

Зоната с топлинно въздействие е неизбежно явление при лазерното маркиране. Въпреки това, чрез оптимизиране на лазерната мощност, параметрите на импулса, фокусиращата система, скоростта на сканиране и прилагане на охлаждащи мерки, размерът на зоната с топлинно въздействие може ефективно да се контролира, осигурявайки качествено маркиране. Контролът на зоната с топлинно въздействие не само подобрява яснотата и прецизността на маркирането, но също така намалява деформацията на материала и повърхностните повреди, което я прави ключова технология за високоточно лазерно маркиране.