¿Cómo elegir láseres para máquinas de marcado láser?

El marcado láser ofrece una velocidad de marcado rápida, control preciso, alto rendimiento, marcas duraderas, daños mínimos en la superficie, bajo nivel de ruido y fácil mantenimiento. Está reemplazando gradualmente los métodos de marcado tradicionales, como el estampado de acero, el marcado electroquímico, el marcado de peen de puntos, el grabado mecánico, la electroerosión y la impresión por inyección de tinta.

Dentro de cada máquina de marcado láser, la fuente láser es uno de los componentes más importantes. Genera y emite el rayo láser, y su calidad afecta directamente el rendimiento del marcado, la estabilidad del procesamiento, la compatibilidad del material y los resultados finales del marcado. Esta guía compara tres tipos de láser comunes: láseres de fibra, láseres UV y láseres de diodo.

1. tipos de láser utilizados en máquinas de marcado láser

Los láseres de fibra, los láseres UV y los láseres de diodo se discuten comúnmente en aplicaciones de marcado y grabado láser. Cada tipo de láser tiene un medio de trabajo diferente, rango de longitud de onda, calidad del haz, modo de funcionamiento y campo de aplicación adecuado.

2. Principios de trabajo

2,1 Generación láser

Un láser de fibra generalmente usa la excitación de diodo para estimular la fibra dopada con tierras raras, generando el rayo láser. Las fuentes de láser de fibra son ampliamente utilizadas porque pueden proporcionar una salida estable y una alta calidad de haz.

Un láser UV utiliza un medio de trabajo sólido y genera luz láser al excitar ópticamente iones dopantes activos por láser dentro del medio sólido. Su longitud de onda corta lo hace adecuado para el marcado fino y aplicaciones que requieren una influencia térmica limitada.

Un láser de diodo utiliza una estructura de unión p-n. Cuando la unión recibe una señal eléctrica de CC adecuada, los electrones y los huecos se recombinan y liberan fotones. Después de la mejora por la cavidad del resonador, se produce un rayo láser. En términos simples, un láser de diodo puede convertir directamente la energía eléctrica en energía luminosa.

2,2 Rango de longitud de onda

Los láseres de fibra, incluidos los tipos de conmutación Q y MOPA, generalmente emiten longitudes de onda de láser de alrededor de 1064 nm. Esta longitud de onda está en el rango del infrarrojo cercano y es bien absorbida por muchos metales comunes, como acero inoxidable, aluminio y cobre, lo que hace que los láseres de fibra sean adecuados para el marcado y grabado de metales.

La luz láser de fibra es invisible para el ojo humano. Algunos sistemas láser combinan la indicación de luz roja visible con la trayectoria invisible del láser, lo que permite a los usuarios obtener una vista previa del área de procesamiento antes de marcar. Durante el procesamiento láser real, la cubierta de la máquina debe estar cerrada para ayudar a garantizar la seguridad y evitar la exposición directa de los ojos.

Los láseres UV típicamente emiten luz ultravioleta a alrededor de 350 ± 5 nm. Su longitud de onda más corta puede afectar a los materiales a nivel molecular, produciendo efectos térmicos mínimos. Esto hace que el marcado láser UV sea adecuado para muchos materiales, especialmente materiales sensibles al calor como el vidrio y los plásticos termoplásticos.

Los láseres de diodo tienen un rango de longitud de onda más amplio, a menudo entre 400 y 2000 nm. Las longitudes de onda de procesamiento láser comunes incluyen luz verde de 532 nm, luz azul de 450 ± 5 nm y luz violeta de 405 nm. Estas longitudes de onda son visibles, pero la visión directa sigue siendo peligrosa porque la exposición directa a cualquier láser puede dañar los ojos.

2,3 Calidad del rayo láser

La calidad del rayo láser a menudo se mide por M². Este valor representa la relación entre el haz real y un haz gaussiano ideal. Cuanto más cerca esté el valor de M² a 1, mejor será la calidad del haz. Una mejor calidad del haz significa un tamaño de punto más pequeño, mayor densidad de potencia y mejor calidad de procesamiento.

Los láseres de fibra generalmente tienen una alta calidad de haz, con un valor de M² por debajo de 1,2. Su haz está cerca de una distribución gaussiana ideal, lo que los hace adecuados para aplicaciones de marcado de alta precisión y alta resolución.

Los láseres UV también tienen una alta calidad de haz, a menudo con un valor de M² por debajo de 1,2. Su longitud de onda corta permite un punto de enfoque muy pequeño en los materiales, lo que es útil para un marcado preciso. Sin embargo, la calidad del rayo láser UV puede verse afectada por factores ambientales como las fluctuaciones de temperatura y la vibración mecánica.

Los láseres de diodo típicamente tienen un valor de M² que varía de aproximadamente 1,1 a 1,7. La calidad de su haz depende en gran medida de la estructura del láser y de las condiciones de funcionamiento. Los láseres de diodo de baja potencia a menudo tienen una mejor calidad de haz, mientras que los láseres de diodo de alta potencia pueden tener formas de haz más variables e irregulares.

2,4 Modos de funcionamiento

Basado en el modo de emisión, los láseres se pueden dividir en láseres de onda continua y láseres pulsados. En la comparación de la fuente, los láseres de fibra y los láseres UV se discuten como láseres pulsados, mientras que los láseres de diodo se discuten como láseres de onda continua.

Los láseres de onda continua emiten luz continuamente durante el funcionamiento, similar al agua que fluye de una tubería. Los láseres pulsados emiten luz intermitentemente, liberando un cierto número de pulsos de láser por unidad de tiempo, sin luz entre dos pulsos. Los láseres de onda continua generalmente tienen efectos térmicos más obvios, mientras que algunos láseres pulsados tienen efectos térmicos mucho más bajos.

2.4.1 Láseres pulsados

Los láseres pulsados pueden emitir una gran cantidad de pulsos de láser en un segundo. Tienen dos parámetros importantes relacionados con la potencia: potencia media y potencia pico. La potencia media mide la salida durante un segundo, incluidos los pulsos emitidos y los intervalos sin luz. La potencia de pico mide la potencia instantánea durante un pulso.

La potencia máxima puede ser cientos de veces más alta que la potencia promedio. Es diferente de la potencia máxima, que se discute comúnmente para los láseres de onda continua. En las máquinas de marcado MOPA, la potencia máxima se puede controlar indirectamente ajustando parámetros como el ancho de pulso. Las máquinas de marcado Q-switched tienen un ancho de pulso no ajustable, mientras que las máquinas de marcado MOPA permiten un ancho de pulso ajustable.

2.4.2 Láseres de onda continua

Los láseres de onda continua emiten luz continuamente. En algunas aplicaciones prácticas, los láseres de onda continua pueden modular la salida del láser en luz pulsada ajustando la señal PWM, pero la energía del pulso es mucho menor que la de los láseres pulsados verdaderos.

La potencia del láser generalmente se mide en vatios, mientras que la configuración del software puede mostrar la potencia como un porcentaje. Por ejemplo, un láser de 30 W ajustado al 20% de potencia emite aproximadamente 6 W. Cuanto mayor es la potencia de salida, mayor es la energía del rayo láser.

3. Rendimiento de procesamiento

3,1 Tiempo de procesamiento

El tiempo de procesamiento de las máquinas de corte y grabado láser de diodo suele ser mucho más largo que el de las máquinas de marcado láser. Esto está relacionado con el sistema de movimiento y la velocidad máxima de procesamiento de la máquina.

Las máquinas de corte y grabado láser de diodo pequeñas y medianas generalmente no pueden exceder los 1000 mm/s. En comparación, las máquinas de marcado láser a menudo pueden alcanzar velocidades de procesamiento máximas superiores a 2000 mm/s. Esto se debe a que las máquinas de marcado utilizan un sistema de galvanómetro para mover el rayo láser rápidamente, mientras que las máquinas de corte y grabado láser utilizan motores, rieles y correas de transmisión.

3,2 Materiales aplicables

Las máquinas de marcado láser de fibra Q-switched y MOPA pueden marcar muchos metales, incluyendo latón, cobre blanco, bronce, bronce fosforoso, acero inoxidable 304, acero inoxidable espejo, acero al carbono, hierro puro, chapa de hierro galvanizado, aleación de zinc, aleación de zinc chapado en oro, zinc, magnesio, níquel, aluminio, aluminio anodizado, Y el titanio. También pueden marcar algunos materiales no metálicos como PBT, PET, resina epoxi, cuero PU y pizarra, y pueden eliminar recubrimientos de metales recubiertos y ABS pintado.

El marcado láser UV utiliza tecnología de marcado de luz fría y afecta directamente la estructura molecular de los materiales con impacto térmico limitado. Es adecuado para la mayoría de los materiales, excepto algunos metales altamente reflectantes, incluidos metales, madera, plásticos y materiales sensibles al calor como vidrio y termoplásticos. También es adecuado para el marcado ultrafino, como el marcado de alimentos y materiales de embalaje médico y el procesamiento de microagujeros de obleas de silicio.

Los láseres de diodo azul pueden procesar madera, cuero, papel, cartón, acrílico opaco, piedra, vidrio recubierto, cerámica recubierta, acero inoxidable, titanio, hierro y óxido de aluminio. Sin embargo, los efectos del procesamiento pueden variar significativamente, especialmente cuando se compara con las máquinas de marcado dedicadas.

3,3 Efectos de procesamiento

Diferentes longitudes de onda láser producen diferentes efectos sobre los materiales. Los láseres UV pueden proporcionar una alta precisión de procesamiento y son adecuados para el procesamiento fino a nivel micrométrico o incluso nanométrico. En algunos plásticos, como las botellas de bebidas blancas, el marcado UV puede crear marcas claras y vívidas comparables a la impresión sin causar contaminación o daños materiales.

Al grabar productos de plástico con láseres de fibra, a menudo hay pocos residuos y el efecto puede ser muy bueno. Por el contrario, el grabado láser azul puede dejar residuos alrededor de los bordes del patrón, creando un efecto menos limpio. El grabado láser azul en acrílico también puede ser menos obvio, mientras que los láseres de fibra pueden crear patrones más claros y brillantes en acrílico.

Para el marcado de metales, los láseres de fibra generalmente crean marcas claras, precisas y de alta calidad en la mayoría de las superficies metálicas. Las máquinas de grabado láser azul pueden grabar metales, pero la profundidad de grabado puede ser desigual, la calidad del marcado de color puede ser inestable y los efectos térmicos pueden causar deformación del metal. Por esta razón, el grabado láser azul en metal es más adecuado para bricolaje que para aplicaciones comerciales.

Los láseres de fibra Q-switched y MOPA usan comúnmente una longitud de onda de 1064 nm, pero su rendimiento de marcado difiere. Las máquinas de conmutación Q pueden lograr un marcado en blanco y negro en algunos metales y un marcado de color estable en placas de titanio. Las máquinas MOPA pueden lograr todas las funciones de marcado de las máquinas de conmutación Q y también pueden proporcionar colores de marcado más ricos, incluido el marcado negro en aluminio anodizado y el marcado de color estable en acero inoxidable.

4. Consideraciones generales de la máquina

4,1 Vida útil

Los láseres de fibra generalmente tienen una larga vida útil, generalmente superior a 20.000 a 30.000 horas. Algunos proveedores de láseres de fibra Q-switched afirman que sus láseres pueden durar hasta 100.000 horas. La vida útil del láser UV puede superar las 20.000 horas. La vida útil real depende de las condiciones de operación, el medio ambiente y el mantenimiento.

La vida útil del láser de diodo es de aproximadamente 10.000 horas, pero algunos láseres de diodo pueden no alcanzar la vida útil esperada. Dado que los láseres de diodo a menudo necesitan operar a alta potencia para lograr resultados satisfactorios, la operación de alta potencia a largo plazo puede acelerar el envejecimiento de los componentes, reducir la potencia de salida, aumentar el riesgo de falla y afectar la estabilidad.

4,2 Método de enfriamiento

Las máquinas láser generan calor durante el funcionamiento prolongado. Sin una disipación de calor adecuada, puede producirse una salida de láser inestable y una calidad de haz reducida. Las máquinas de marcado láser generalmente usan enfriamiento por aire para la disipación de calor.

La refrigeración por aire es fácil de instalar y mantener, y es conveniente para el diseño de máquinas integradas. Sin embargo, no puede disipar el calor tan eficientemente como la refrigeración por agua y es principalmente adecuado para equipos láser pequeños y medianos. El enfriamiento del ventilador también puede producir ruido, que debe considerarse si el entorno de trabajo necesita permanecer muy silencioso.

4,3 Volumen y peso

Según el artículo fuente, la máquina láser de conmutación Q de la serie Aurora pesa 71 kg, la máquina láser MOPA pesa 76 kg y la máquina láser UV pesa 92,5 kg.

Los láseres de diodo tienen una estructura más simple, alta eficiencia y tamaño compacto, lo que los hace livianos. Se usan comúnmente en máquinas de mano y otras aplicaciones a pequeña escala en el campo de marcado láser no metálico.

5. Escenarios de aplicación

Al elegir un láser, los usuarios deben considerar las necesidades de procesamiento específicas, las restricciones presupuestarias, los tipos de materiales, el efecto de marcado requerido, la escala de producción y el entorno de uso del equipo. Cada tipo de láser tiene sus propios escenarios de aplicación adecuados.

5,1 Láseres de fibra

Las máquinas de marcado láser de fibra ofrecen ventajas como una larga vida útil y un bajo costo de mantenimiento, lo que las hace adecuadas para aplicaciones comerciales e industriales. Las máquinas de marcado láser Q-switched proporcionan funciones básicas de marcado y pueden marcar metales, algunos no metales, logotipos y artesanías.

Las máquinas de marcado láser MOPA pueden lograr todas las funciones de marcado de las máquinas de marcado láser Q-switched. Además, las máquinas MOPA pueden crear colores más ricos, marcado negro en aluminio anodizado y marcado de color estable en acero inoxidable. Su efecto de marcado es más fino, más suave y más adecuado para el procesamiento de precisión.

5,2 Láseres UV

Las máquinas de marcado láser UV son adecuadas para aplicaciones industriales donde la información del producto, como las fechas de producción, los números de lote y los códigos de trazabilidad, deben marcarse inmediatamente después de la producción. El marcado con luz fría UV funciona bien en envases de plástico para alimentos, necesidades diarias y aparatos eléctricos.

El marcado UV puede crear buenos efectos visuales sin contaminación de la tinta, riesgos de perforación del empaque, calentamiento excesivo o sustancias tóxicas y nocivas causadas por el procesamiento térmico. Las máquinas de marcado láser UV también se utilizan en campos de procesamiento fino, como placas de circuitos flexibles y fabricación de botones translúcidos.

5,3 Láseres de diodo

Los láseres de diodo son adecuados para varias aplicaciones a pequeña escala, pero tienen limitaciones en la calidad del haz, la capacidad de pulso corto, el control del efecto térmico, el rango de aplicación, la potencia y la velocidad de procesamiento. En comparación con los láseres de fibra, los láseres de diodo son menos adecuados para el marcado de metales comerciales.

Sus ventajas son menor costo, tamaño compacto, transporte más fácil y uso flexible. Pueden atraer a los usuarios que solo usan láseres ocasionalmente, no requieren producción en masa, tienen espacio limitado o necesitan mover máquinas con frecuencia, como vendedores ambulantes o usuarios de bricolaje.

6. Conclusión

La elección del láser adecuado para una máquina de marcado láser depende de los materiales que planea procesar, el efecto de marcado requerido, los requisitos de producción, el presupuesto y el entorno de trabajo. Los láseres de fibra son opciones sólidas para el marcado de metales y el uso comercial, los láseres UV son adecuados para el marcado de luz fría y los materiales sensibles al calor, y los láseres de diodo son más adecuados para el bricolaje o el uso ocasional.

Para los usuarios que necesitan un marcado duradero, preciso y eficiente, las máquinas de marcado láser de fibra y UV suelen proporcionar un rendimiento general más sólido que las máquinas de grabado láser de diodo. Para los usuarios que priorizan la portabilidad y el bajo costo, los láseres de diodo aún pueden ser una opción práctica de nivel de entrada.