Альтернативные длины волн CO2 лазеров
Почему длина волны излучения лазера важна
Любой материал имеет характерный спектр поглощения - то есть существуют определенные длины волн света, которые данный материал поглощает сильнее, чем другие. Почему это важно? Лазеры излучают свет на определенных длинах волн. При совпадении длины волны излучения источника света с полосой поглощения материала, результаты применения лазера будут более качественными и продолжительность процесса сократится.
Типы лазеров
Одной из определяющих характеристик типов лазеров является генерируемая длина волны.
CO2 лазеры излучают в ИК области спектра, около 9,3 - 10,6 мкм (рисунок 1), при этом наиболее часто используемая длина волны – 10,6 мкм. Излучение углекислотного лазера совпадает со спектром поглощения полимеров, керамики, текстиля, природных материалов, таких как бумага или дерево, и некоторых металлов. В то время как источники света, генерирующие короткие длины волн, такие как Nd: YAG или волоконные лазеры, лучше поглощаются металлами.
Длины волн СО2 лазера
После выбора типа лазера, существуют варианты оптимизации рабочей длины волны под конкретный материал. Для CO2 лазера обычно доступны три длины волны излучения: 9,3 мкм, 10,2 мкм и 10,6 мкм, каждая из которых находит применение в разных приложениях.
Примеры применения СО2 лазера
|
10.6 мкм
|
- Эта длина волны хорошо подходит для наиболее распространенных применений в области маркировки, гравировки и резки. Исключения отмечены ниже.
|
|
10.2 мкм
|
- Полипропиленовые пленки (ПП), обычно использующиеся для создания этикеток и упаковок, могут быть разрезаны или перфорированы на этой длине волны в 2,5-4 раза быстрее.
- Глянцевые картонные упаковки могут быть промаркированы на этой длине волны с высокой контрастностью, поскольку поверхностный слой упаковки изготовлен из полипропиленовой пленки.
|
|
9.3 мкм
|
- ПЭТ пластик (на основе полиэтилентерефталата) выпускается во многих формах. Обычно его используют в качестве жесткой упаковки (особенно для бутылок с водой или напитками), ПЭТ пленки применяются для производства упаковок и защитных пленок для электроники. Маркировка материалов на основе полиэтилентерефталата на этой длине волны позволяет получить высококонтрастное матовое изображение, идеально подходящее для маркировки постоянных кодов даты или партии. Высокое качество резки на этой длине волны достигается, благодаря минимальной зоне плавления или зоне термического влияния (ЗТВ) вдоль кромки разреза.
- Поляризационные пленки для ЖК-дисплеев могут быть аккуратно разрезаны с минимальным плавлением или ЗТВ на этой длине волны с высокой пиковой мощностью.
- Полимидные (каптоновые) пленки широко используются в электронике. Обработка на этой длине волны с высокой пиковой мощностью уменьшает характеристики обугливания этого материала, обеспечивая лучшие результаты при резке, сверлении или абляции.
- Печатные платы FR4 / FR2 имеют тенденцию обугливаться при лазерной резке или сверлении. Используя эту длину волны с высокой пиковой мощностью для обработки плат, можно добиться значительного снижения эффекта обугливания.
- Поликарбонат используется в различных отраслях промышленности из-за его долговечности. Лазерная обработка такого материала на этой длине волны с высокой пиковой мощностью значительно снижает обугливание и обесцвечивание, неизбежно возникающие в процессе.
- Пебакс пластик часто используется для изготовления медицинских трубок. Эта длина волны обеспечивает лучшее испарение с меньшим плавлением при резке или абляции побаска.
|
Обратите внимание, что хотя длины волн 10,2 и 9,3 мкм превосходно подходят для обработки полимеров, перечисленных выше, они также могут быть использованы и для более распространенных материалов. Если вы планируете обработку различных материалов, инженер по приложениям может помочь выбрать оптимальную длину волны для ваших задач.
Примеры применения: Полипропилен
На рисунке 2 приведен спектр поглощения полипропилена с вертикальными отметками длин волн излучения СО2 лазера. Красными линиями отмечены 9,3 мкм и 10,6 мкм слева
Рисунок 2. Спектр поглощения ПП
направо соответственно. Длина волны 10,2 мкм, обозначенная зеленой линией, соответствует сильному пику поглощения материала. Следовательно, мы ожидаем лучших результатов маркировки и резки ПП при использовании 10,2 мкм, чем других длин волн углекислотного лазера.
|
Маркировка глянцевого картона
|
|
10,6 мкм: разборчиво, но знак неоднородный.
|
10,2 мкм: четкий, однородный и хорошо видимый знак.
|
|
Резка пленок ПП / БОПП
|
|
10,6 мкм: резка дает заметную кромку расплава.
|
10,2 мкм: резка происходит в 2,5 раза быстрее и дает четкий край с минимальной кромкой расплава.
|
Примеры применение: Полиэтилентерефталат
На спектре поглощения ПЭТ (рисунок 3) двумя красными линиями указаны длины волн 10,2 мкм и 10,6 мкм слева направо соответственно. Излучение 9,3 мкм отмечено зеленой линией и совпадает с пиком поглощения материала, поэтому мы ожидаем лучших результатов обработки ПЭТ на этой длине волны.
Рисунок 3. Спектр поглощения ПЭТ
|
Маркировка ПЭТ-бутылок
|
|
10,6 мкм: маркировка разборчивая, но почти не видна. Также существует опасность прокола материала высокой пропускной способности материала на этой длине волны
|
9,3 мкм: знак имеет матовый белый цвет и лучше виден. Также эта длина волны взаимодействует с материалом на поверхности, сводя к минимуму риск прокола.
|
|
Резка ПЭТ-пленок
|
|
10,6 мкм: при резке образуется большое количество обрезков и большая зона плавления на кромке.
|
9,3 мкм: резка обеспечивает чистую кромку без обрезков с минимальной зоной плавления.
|
Заключение
Выбрав подходящую длину волны лазера для материала, можно добиться более качественных результатов обработки и, как правило, увеличить скорость процесса. Оптимизация поглощения энергии лазера особенно важна для чувствительных материалов, таких как тонкие пленки, или процессов с высокими допусками, таких как выборочная резка этикеток.
© Сынрад
Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Synrad на территории РФ
