حکاکی لیزری
-
حکاکی لیزری

تعریف: گروهی از روشها است که در آنها از لیزر برای حک کردن بر روی فلزات استفاده میشود.
حکاکی لیزری یک روش برای حک کردن انواع مختلف اشکال و تصاویر با استفاده از لیزر است. اصول اولیه حکاکی لیزری براساس این است که اشعة لیزر به طریقی ظاهر نوری سطحی که به آن تابیده میشود را تغییر میدهد. این فرآیند توسط انواعی از مکانیسمها میتواند انجام شود:

  • حکاکی (کنده کاری) لیزری مواد[1]؛ بعضی اوقات مقداری از لایة سطوح رنگی برداشته میشود.
  • ذوب فلز که باعث بهبود و تغییر ساختار سطح میشود.
  • سوزاندن (کربنیزه کردن) کاغذ، مقوا، چوب یا پلیمر
  • استحاله (به عنوان مثال بی رنگ کردن) رنگ دانه ها (افزودنیهای لیزر صنعتی) در مواد پلاستیکی
  • انبساط یک پلیمر، اگر بعضی افزودنیها بخار شوند.
  • ایجاد یک ساختار جدید مانند حبابهای کوچک
شکل 1: دستگاه حکاکی لیزری TruMark. تصویر توسط TRUMPF LASER تهیه شده است.
 
به کمک روبش اشعه لیزر (با دو آینة متحرک) بصورت برداری یا هاشوری[2] امکان نوشتن سریع حروف، علامتها، بارکدها و دیگر علایم گرافیکی ایجاد میشود. روش دیگر استفاده از یک ماسک است که بر روی قطعه کار چاپ شده است (حکاکی پروژکشن، حکاکی ماسکی). این روش ساده و سریع است (قابل اعمال بر روی قطعه کار متحرک) اما قابلیت انعطاف کمتری نسبت به اسکن کردن دارد.
حکاکی لیزر کاربردهای بسیار زیاد و گسترده ای دارد:

  • اضافه کردن کد کالا، تاریخ مصرف و امثال آن بر روی بسته های غذایی و بطریها
  • اضافه کردن اطلاعات قابل ردیابی برای کنترل کیفیت
  • حکاکی بردهای مدار پرینت شده (PCBs)، تجهیزات الکترونیکی و کابلها
  • چاپ لوگو، بارکد و دیگر اطلاعات بر روی محصول
در مقایسه با تکنولوژیهای حکاکی دیگر مانند چاپ جوهر افشان و حکاکی مکانیکی، حکاکی لیزری نتایج مفیدی دارد؛ مانند سرعت بالای فرآیند، هزینة کم (عدم استفاده از مواد مصرفی)، کیفیت بالای ثابت و مقاوم بودن نتایج، عدم آلودگی، توانایی نوشتن اشکال بسیار کوچک و انعطاف پذیری خیلی بالا در اتوماسیون.
مواد پلاستیکی، چوب، مقواهای نازک، کاغذ، چرم و آکریلیک معمولا با لیزرهای CO2 کم توان حک میشوند. برای صفحات فلزی، این لیزرها بخاطر جذب کم در طول موج بلندشان (10 میکرومتر) مناسب نیستند. طول موج های در محدودة 1 میکرومتر که لیزرهای Nd:YAG دمش دیودی یا لامپی (معمولا Q-switch) یا لیزر فیبر که در این محدوده کار میکنند، مناسب این کار هستند. توانهای معمول لیزر که برای حکاکی استفاده میشوند بین 10 تا 100 وات است. طول موج های کوتاهتر مانند 532 نانومتر که با دو برابر کردن فرکانس لیزرهای یاگ به دست می آید میتوانند مفید باشند؛ اما چنین دستگاههایی همیشه نمیتوانند از نظر اقتصادی رقابت پذیر باشند. برای فلزاتی مانند طلا که در 1 میکرومتر جذب کمی دارند، لیزرهای طول موج کوتاهتر الزامی است.
الزامات لیزرها برای حکاکی لیزر
لیزرهایی که برای کاربردهای حکاکی استفاده میشوند باید یک سری الزامات را داشته باشند. بعضی از متداولترین الزامات به قرار زیر هستند:

  • لیزر باید به یک چگالی حداکثر نوری بر روی قطعه برسد ( فرآیند حکاکی یک آستانة مشخص دارد که زیر آن نتایج مناسبی بدست نمی آید حتی با چندین پالس). این مسئله نیازمند ترکیب مناسبی از قلة توان یا انرژی پالس و قطر اشعه در نقطه تمرکز است. همچنین عرض یا زمان پالس هم تاثیر گذار است. تمرکز بسیار زیاد برای تفکیک بالا به همراه فاصلة منطقی قطعه کار از لیزر لازم است که این به معنی کیفیت اشعه بالاست.
  • برای فرآوری سریع، لیزر نیازمند فرکانس تکرار پالس بالای مناسب به همراه انرژی پالس بالاست که نشان دهندة یک توان متوسط مشخص است (در رژیمهای مشخص نرخ تکرار پالس لیزرهای Qswitch در حداکثر توان متوسط لیزر محدود میشود و در بعضی رژیمهای دیگر با عرض پالس قابل دسترس و دینامیک لیزر محدود میشود).
  • در بعضی موارد روند پالسی Q-switch باید برای زمانهای معینی خاموش شود. بعد از روشن شدن معمولا اولین پالس دارای انرژی بالایی است که باعث خراب شدن کیفیت حکاکی میشود.
  • چیدمان لیزر باید جمع و جور باشد و نیاز به سیستم خنک سازی پیچیده نداشته باشد. خنک سازی با هوا ترجیح داشته و اغلب امکان پذیر است.
  • هزینة کلی دستگاه باید متوسط باشد: نه تنها هزینة نصب باید کم باشد بلکه هزینه های مربوط به تعمیر و نگهداری و طول عمر نیز باید منطقی باشند.
  • از آنجاییکه محیط های صنعتی خشن هستند یک طراحی مستحکم برای لیزر نیاز است تا عملکرد قابل اطمینانی داشته باشد.
با توجه به شرایط مخصوص و مختلف، انواع مختلفی از لیزرها میتوانند برای کاربرد حکاکی مناسب باشند. برای مثال لیزرهای وانادیوم Q-switch بسیار مناسب برای نرخ تکرار پالس بالای 100 کیلوهرتز هستند. لیزرهای فیبری (که دارای سیستم MOPA:master oscillator power amplifier) هستند بسیار از نظر نرخ تکرار پالس و خاموش شدن پالسها انعطاف پذیرند، اما معمولا پالسهای بلندتر با انرژی و قلة توان کمتر ساطع میکنند. در کاربردهایی که نیاز به طول موج بلند و توان متوسط بیشتر است لیزرهای CO2 میتوانند مورد مناسبی باشند.
 



[1]Laser engraving
[2]Raster

1395/10/14