Альтернативные длины волн для CO2-лазеров

Почему длина волны лазера имеет значение?

Каждый материал обладает характерным спектром поглощения, т.е. существуют определенные длины волн света, которые данный материал поглощает быстрее, чем другие. Почему это важно? Лазеры излучают свет с очень специфическими длинами волн. Сочетание этой длины волны с материалом, который легко ее поглощает, позволяет получить более качественные результаты и ускорить процесс обработки.

Типы лазеров

Одной из определяющих характеристик различных типов лазеров (включая CO₂, волоконные, YAG, ультрафиолетовые и многие другие) является их длина волны.

CO₂-лазеры имеют большую длину волны (около 9,3 - 10,6 мкм), причем наиболее распространенной является 10,6 мкм. Эти длины волн хорошо сочетаются со спектром поглощения полимеров, керамики, текстиля, натуральных материалов, таких как бумага или дерево, и некоторых металлов. Напротив, лазеры с более короткой длиной волны YAG или волоконные лазеры имеют тенденцию к лучшему поглощению в металлах.

Длины волн CO2-лазеров

После выбора типа лазера появляется возможность оптимизировать длину волны для конкретного материала. CO₂-лазеры обычно выпускаются с тремя длинами волн: 9,3 мкм, 10,2 мкм и 10,6 мкм.

10,6 мкм:

• Эта длина волны хорошо подходит для большинства распространенных задач маркировки, гравировки и резки. Исключения отмечены ниже.

10,2 мкм:

• Полипропиленовые пленки (OPP, CPP, PP), обычно используемые для изготовления этикеток и упаковки, позволяют увеличить скорость резки или перфорации при этой длине волны в 2,5 - 4 раза.
• Упаковка из глянцевого картона может маркироваться с более высоким контрастом при этой длине волны, поскольку упаковка включает поверхностный слой полипропилена.

9,3 мкм:

• ПЭТ-пластик выпускается в различных формах. Он широко используется в качестве жесткой упаковки (особенно бутылки для воды или напитков), а пленки из ПЭТ используются как для упаковки, так и в качестве защитных экранов для электроники. При маркировке эта длина волны обеспечивает высококонтрастный матовый вид, идеально подходящий для нанесения постоянных кодов даты или маркировки партии. При резке эта длина волны обеспечивает минимальное плавление или зону термического влияния (HAZ) вдоль кромки реза, что позволяет получить более качественные результаты.
• Поляризационные пленки для ЖК-дисплеев могут быть чисто вырезаны с минимальным оплавлением или зоной термического влияния (HAZ) при использовании этой длины волны с высокой пиковой мощностью.
• Полиимидные (каптоновые) пленки широко используются в электронике. Высокая пиковая мощность этой длины волны уменьшает характерное для этого материала обугливание, что позволяет получить лучшие результаты при резке, сверлении или абляции.
• Печатные платы FR4/FR2 склонны к обугливанию при лазерной резке или сверлении. Высокая пиковая мощность этой длины волны значительно снижает этот эффект, обеспечивая более высокое качество результатов.
• Поликарбонат используется в различных отраслях промышленности благодаря своей прочности. Высокая пиковая мощность этой длины волны значительно уменьшает обугливание и обесцвечивание, обычно связанные с лазерной обработкой этого материала.
• Пластик Pebax часто используется в медицинских трубках. Эта длина волны обеспечивает лучшее испарение и меньшее плавление при резке или абляции Pebax.

Следует отметить что, хотя длины волн 10,2 и 9,3 мкм лучше всего подходят для обработки определенных материалов, они способны обрабатывать и более распространенные материалы. Если вы планируете обрабатывать различные материалы, инженер по применению может помочь выбрать оптимальную длину волны для ваших нужд.

Пример применения: Полипропилен (ПП)

Это спектр поглощения полипропилена, пики которого указывают на длины волн с более высоким поглощением. Две красные линии соответствуют длинам волн 9,3 и 10,6 мкм соответственно. Зеленая линия, соответствующая красивому пику поглощения, - это 10,2 мкм. Исходя из этого, мы ожидаем, что при маркировке и резке длина волны 10,2 мкм будет работать лучше, чем другие длины волн CO₂. 

Маркировка глянцевого картона

10,6 мкм: 

Несмотря на разборчивость, маркировка непоследовательна.

10,2 мкм: 

Чистая, устойчивая и хорошо заметная метка.

Резка OPP/BOPP пленок

10,6 мкм: 

При резке образуется заметная губа расплава.

10,2 мкм: 

Резка происходит в 2,5 раза быстрее, образуется четкая кромка с минимальным уровнем расплава.

Пример применения: Полиэтилентерефталат (ПЭТ)

В данном спектре поглощения ПЭТ две красные линии обозначают 10,2 мкм и 10,6 мкм соответственно. Зеленая линия, обозначающая 9,3 мкм, расположена на пике поглощения, поэтому мы снова ожидаем лучшей обработки на этой длине волны.

Маркировка ПЭТ-бутылок

10,6 мкм: 

Несмотря на разборчивость, метка практически незаметна. Кроме того, существует опасность прокола материала из-за высокой прозрачности.

9,3 мкм: 

Знак имеет матовый белый вид для лучшей видимости. Кроме того, луч на длине волны 9,3 мкм взаимодействует с поверхностью материала, сводя к минимуму риск прокола.

Резка полиэтиленовых пленок

10,6 мкм: 

При резке образуется большое количество обломков и большее количество оплавлений на кромке среза.

9,3 мкм: 

При резке получается чистая кромка без остатка и минимальным оплавлением.

Заключение

Подбор длины волны лазера, соответствующей материалу, позволяет получить более качественные результаты и, как правило, более высокую скорость обработки. Оптимизация поглощения лазерной энергии особенно важна для чувствительных материалов, например, тонких пленок, или процессов с высокими допусками, например, выборочной резки этикеток.

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности
по поставке оборудования на территории РФ