レーザーマーキングは、高速マーキング速度、正確な制御、高収率、耐久性のあるマーク、最小限の表面損傷、低ノイズ、および簡単なメンテナンスを提供します。スチールスタンピング、電気化学マーキング、ドットピーンマーキング、機械彫刻、電気侵食、インクジェット印刷などの従来のマーキング方法に徐々に取って代わりつつあります。

すべてのレーザーマーキングマシンの中で、レーザーソースは最も重要なコンポーネントの1つです。レーザービームを生成して放出し、その品質はマーキング性能、加工安定性、材料の互換性、および最終的なマーキング結果に直接影響します。このガイドでは、ファイバーレーザー、UVレーザー、ダイオードレーザーの3つの一般的なレーザータイプを比較します。

1.レーザーマーキング機で使用されるレーザータイプ

ファイバーレーザー、UVレーザー、およびダイオードレーザーは、レーザーマーキングおよび彫刻用途で一般的に議論されています。各レーザータイプには、異なる作動媒体、波長範囲、ビーム品質、動作モード、および適切なアプリケーション分野があります。

レーザータイプ	基本的な説明	典型的なアプリケーションの方向
ファイバーレーザー	働く媒体として繊維を使用します。 QスイッチレーザーとMOPAレーザーはどちらもファイバーレーザー技術に基づいています。	金属マーキング、工業マーキング、商业マーキング、および精密マーキング。
UVレーザー	生成された波長にちなんで名付けられた紫外線レーザー。それは固体レーザーを使用します。	冷光マーキング、熱に敏感な材料、ファインマーキング、包装、ガラス、プラスチック。
ダイオードレーザー	半導体レーザーとも呼ばれます。青色ダイオードレーザーは、小型レーザー装置で一般に議論されている。	DIYのマーキングと彫刻、ポータブルアプリケーション、時折の使用、および小規模プロジェクト。

2.働く原理

2.1レーザー生成

ファイバーレーザーは通常、ダイオード励起を使用して希土類をドープしたファイバーを刺激し、レーザービームを生成します。ファイバーレーザー光源は、安定した出力と高いビーム品質を提供できるため、広く使用されています。

UVレーザーは固体作動媒体を使用し、固体媒体内のドーパントレーザー活性イオンを光学的に励起することによってレーザー光を生成します。その短い波長は、細かいマーキングや限られた熱影響を必要とするアプリケーションに適しています。

ダイオードレーザーは、p − n接合構造を使用する。接合部が適切なDC電気信号を受信すると、電子と正孔が再結合して光子を放出します。共振器キャビティによる強化の後、レーザービームが生成される。簡単に言えば、ダイオードレーザーは電気エネルギーを光エネルギーに直接変換することができます。

2.2波長範囲

QスイッチおよびMOPAタイプを含むファイバーレーザーは、通常、約1064 nmのレーザー波長を出力します。この波長は近赤外線範囲にあり、ステンレス鋼、アルミニウム、銅などの多くの一般的な金属によく吸収されるため、ファイバーレーザーは金属のマーキングや彫刻に適しています。

ファイバーレーザー光は人間の目には見えません。一部のレーザーシステムは、目に見える赤色光の表示と目に見えないレーザー経路を組み合わせて、ユーザーがマーキングする前に処理領域をプレビューできるようにします。実際のレーザー加工中は、安全性を確保し、直接目の露出を避けるために、マシンカバーを閉じる必要があります。

UVレーザーは通常、約350 ± 5 nmの紫外線を放出します。それらのより短い波長は、分子レベルで材料に影響を及ぼし、最小限の熱効果を生み出す可能性があります。これにより、UVレーザーマーキングは多くの材料、特にガラスや熱可塑性プラスチックなどの感熱性材料に適しています。

ダイオードレーザーの波長範囲は広く、多くの場合400〜2000 nmです。一般的なレーザー処理波長には、532 nmの緑色光、450 ± 5 nmの青色光、および405 nmの紫色光が含まれます。これらの波長は目に見えますが、レーザーに直接さらされると目が損傷する可能性があるため、直接見ることは依然として危険です。

2.3レーザービーム質

レーザービームの品質は、多くの場合、M ² によって測定されます。この値は、実際のビームと理想的なガウスビームとの比を表す。 M ² 値が1に近いほど、ビーム品質は良好である。より良いビーム品質は、より小さなスポットサイズ、より高いパワー密度、及びより良い処理品質を意味する。

ファイバーレーザーは通常、ビーム品質が高く、M ² 値は1.2未満です。それらのビームは理想的なガウス分布に近いため、高精度および高解像度のマーキングアプリケーションに適しています。

UVレーザーも高いビーム品質を持ち、多くの場合、M ² 値は1.2未満です。それらの短い波長は、材料上の非常に小さな集束スポットを可能にし、正確なマーキングに役立ちます。ただし、UVレーザービームの品質は、温度変動や機械的振動などの環境要因の影響を受ける可能性があります。

ダイオードレーザーは通常、約1.1〜1.7の範囲のM ² 値を持っています。それらのビーム品質は、レーザー構造と動作条件に強く依存します。低出力ダイオードレーザーは多くの場合、より優れたビーム品質を持っていますが、高出力ダイオードレーザーはより可変で不規則なビーム形状を持っている可能性があります。

2.4操作モード

放射モードに基づいて、レーザーは連続波レーザーとパルスレーザーに分けることができます。光源の比較では、ファイバーレーザーとUVレーザーはパルスレーザーとして説明され、ダイオードレーザーは連続波レーザーとして説明されます。

連続波レーザーは、パイプから流れる水と同様に、動作中に継続的に光を放出します。パルスレーザーは断続的に光を放出し、2つのパルスの間に光がない状態で、単位時間あたりに一定数のレーザーパルスを放出します。連続波レーザーは通常、より明白な熱効果を持っていますが、一部のパルスレーザーははるかに低い熱効果を持っています。

レーザーの放出モードは、その作動媒体および励起方法から独立している。特定のレーザーデバイスの場合、ユーザーは、連続波、パルス、または複数の出力モードをサポートしているかどうかをサプライヤーに確認する必要があります。

2.4.1パルスレーザー

パルスレーザーは、1秒以内に多数のレーザーパルスを放出することができる。これらには、平均電力とピーク電力の2つの重要な電力関連パラメータがあります。平均電力は、放出されたパルスと光のない間隔の両方を含め、1秒間の出力を測定します。ピークパワーは、1パルス中の瞬間パワーを測定する。

ピークパワーは、平均パワーよりも数百倍高い可能性がある。これは、連続波レーザーで一般的に説明されている最大出力とは異なります。 MOPAマーキングマシンでは、パルス幅などのパラメータを調整することにより、ピーク電力を間接的に制御できます。 Qスイッチマーキングマシンのパルス幅は調整できませんが、MOPAマーキングマシンではパルス幅を調整できます。

2.4.2連続波レーザー

連続波レーザーは継続的に光を放出します。一部の実用的なアプリケーションでは、連続波レーザーはPWM信号を調整することにより、レーザー出力をパルス光に変調できますが、パルスエネルギーは真のパルスレーザーよりもはるかに低くなります。

レーザー出力は通常ワットで測定されますが、ソフトウェア設定ではパーセンテージで電力が表示される場合があります。例えば、20% の出力に設定された30 Wレーザーは約6 Wを出力する。出力パワーが高いほど、レーザービームエネルギーは大きくなります。

3.処理性能

3.1処理時間

ダイオードレーザー切断および彫刻機の加工時間は、通常、レーザーマーキングマシンの加工時間よりもはるかに長いです。これは、モーションシステムとマシンの最大処理速度に関連しています。

中小サイズのダイオードレーザー切断および彫刻機は通常1000ミリメートル/秒を超えることはできません。それに比べて、レーザーマーキングマシンは2000ミリメートル/秒を超える最大処理速度に達することがよくあります。これは、マーキングマシンが検流計システムを使用してレーザービームをすばやく移動するのに対し、レーザー切断および彫刻マシンはモーター、レール、およびトランスミッションベルトを使用するためです。

3.2適当な材料

QスイッチおよびMOPAファイバーレーザーマーキングマシンは、真ちゅう、白銅、青銅、蛍光体青銅、304ステンレス鋼、ミラーステンレス鋼、炭素鋼、純鉄、亜鉛メッキ鉄シート、亜鉛合金、金メッキ亜鉛など、多くの金属にマークを付けることができます。合金、亜鉛、マグネシウム、ニッケル、アルミニウム、アルマイトアルミニウム、そしてチタニウム。また、PBT、PET、エポキシ樹脂、PUレザー、スレートなどの非金属材料にマークを付けることもでき、コーティングされた金属や塗装されたABSからコーティングを除去することもできます。

UVレーザーマーキングは、冷光マーキング技術を使用し、熱衝撃が限られている材料の分子構造に直接影響を与えます。これは、金属、木材、プラスチック、およびガラスや熱可塑性プラスチックなどの感熱性材料を含む、いくつかの高反射性金属を除くほとんどの材料に適しています。また、食品および医療用包装材料のマーキングやシリコンウェーハのマイクロホール処理などの超微細マーキングにも適しています。

ブルーダイオードレーザーは、木材、皮革、紙、段ボール、不透明なアクリル、石、コーティングされたガラス、コーティングされたセラミック、ステンレス鋼、チタン、鉄、および酸化アルミニウムを処理できます。ただし、特に専用のマーキングマシンと比較すると、処理効果は大きく異なります。

3.3処理効果

異なるレーザー波長は、材料に異なる効果をもたらします。 UVレーザーは高い加工精度を提供でき、ミクロンまたはナノメートルレベルでの微細加工に適しています。白い飲料ボトルなどの一部のプラスチックでは、UVマーキングは、汚染や物質的な損傷を引き起こすことなく、印刷に匹敵する透明で鮮やかなマークを作成できます。

ファイバーレーザーでプラスチック製品を彫刻するとき、残留物はほとんどなく、効果は非常に良いことがあります。対照的に、青色レーザー彫刻はパターンエッジの周りに残留物を残し、クリーンな効果を生み出しません。アクリルの青いレーザー彫刻もそれほど明白ではないかもしれませんが、ファイバーレーザーはアクリルの上により明確で明るいパターンを作成することができます。

金属マーキングの場合、ファイバーレーザーは通常、ほとんどの金属表面に明確で正確で高品質のマークを作成します。ブルーレーザー彫刻機は金属を彫刻できますが、彫刻の深さが不均一で、カラーマーキング品質が不安定で、熱効果が金属変形を引き起こす可能性があります。このため、青色レーザー金属雕刻は、商用アプリケーションよりもDIYに适しています。

QスイッチレーザーとMOPAファイバーレーザーはどちらも一般に1064 nmの波長を使用しますが、マーキング性能は異なります。 Qスイッチマシンは、一部の金属で白黒のマーキングを実現し、チタンプレートで安定したカラーマーキングを実現できます。 MOPAマシンは、Qスイッチマシンのすべてのマーキング機能を実現でき、陽極酸化アルミニウムのブラックマーキングやステンレス鋼の安定したカラーマーキングなど、より豊かなマーキングカラーを提供することもできます。

レーザーマーキング机械加工効果参考ビデオ

4.全体的なマシンの考慮事項

4.1寿命

ファイバーレーザーは一般に長い耐用年数を持ち、通常は20,000〜30,000時間を超えます。 Qスイッチファイバーレーザーの一部のサプライヤーは、レーザーが最大100,000時間持続できると主張しています。 UVレーザーの寿命は20,000時間を超えることができます。実際の寿命は、動作条件、環境、およびメンテナンスに依存します。

ダイオードレーザーの寿命は約10,000時間ですが、一部のダイオードレーザーは予想される寿命に達しない場合があります。ダイオードレーザーは、満足のいく結果を得るために高出力で動作する必要があることが多いため、長期的な高出力動作は、コンポーネントの経年劣化を加速し、出力電力を削減し、故障リスクを高め、安定性に影響を与える可能性があります。

4.2冷却方法

レーザーマシンは、長時間の操作中に熱を発生します。適切な熱放散がないと、不安定なレーザー出力とビーム品質の低下が発生する可能性があります。レーザーマーキングマシンは、一般的に放熱のために空冷を使用します。

空冷は取り付けとメンテナンスが簡単で、統合された機械設計に便利です。ただし、水冷ほど効率的に熱を放散できない可能性があり、主に中小規模のレーザー機器に適しています。ファンの冷却はまた働く環境が非常に静かにとどまる必要があれば考慮されるべきである騒音を作り出すかもしれません。

4.3ボリュームと重量

ソース記事によると、AuroraシリーズQスイッチレーザーマシンの重量は71 kg、MOPAレーザーマシンの重量は76 kg、UVレーザーマシンの重量は92.5kgです。

ダイオードレーザーは、構造がシンプルで、効率が高く、サイズがコンパクトで、軽量です。これらは、非金属レーザーマーキング分野のハンドヘルドマシンやその他の小規模アプリケーションで一般的に使用されています。

5.アプリケーションシナリオ

レーザーを選択するとき、ユーザーは特定の処理ニーズ、予算の制約、材料の種類、必要なマーキング効果、生産規模、および機器の使用環境を考慮する必要があります。各レーザータイプには、独自の適切なアプリケーションシナリオがあります。

5.1ファイバーレーザー

ファイバーレーザーマーキングマシンは、寿命が長く、メンテナンスコストが低いなどの利点を提供し、商業および産業用途に適しています。 Qスイッチレーザーマーキングマシンは、基本的なマーキング機能を提供し、金属、一部の非金属、ロゴ、および工芸品をマークできます。

MOPAレーザーマーキングマシンは、Qスイッチレーザーマーキングマシンのすべてのマーキング機能を実現できます。さらに、MOPAマシンは、より豊かな色、陽極酸化アルミニウムの黒いマーキング、およびステンレス鋼の安定したカラーマーキングを作成できます。それらのマーキング効果はより細かく、より滑らかで、精密加工に適しています。

5.2 UVレーザー

UVレーザーマーキングマシンは、製造日、バッチ番号、トレーサビリティコードなどの製品情報を製造直後にマークする必要がある産業用途に適しています。 UV冷光マーキングは、食品、日用品、および電化製品のプラスチック包装でうまく機能します。

UVマーキングは、インク汚染、パッケージのパンクのリスク、過度の加熱、または熱処理によって引き起こされる有毒で有害な物質なしに、優れた視覚効果を生み出すことができます。 UVレーザーマーキングマシンは、フレキシブル回路基板や半透明ボタン製造などの微細加工分野でも使用されています。

5.3ダイオードレーザー

ダイオードレーザーはさまざまな小規模アプリケーションに適していますが、ビーム品質、短パルス機能、熱効果制御、アプリケーション範囲、電力、および処理速度に制限があります。ファイバーレーザーと比較して、ダイオードレーザーは市販の金属マーキングにはあまり適していません。

それらの利点は、低コスト、コンパクトなサイズ、より簡単な輸送、および柔軟な使用です。レーザーをたまにしか使用しない、大量生産を必要としない、スペースが限られている、または露天商やDIYユーザーなどの機械を頻繁に移動する必要があるユーザーにアピールできます。

レーザータイプ	ベスト向け	主な制限
ファイバーレーザー	金属マーキング、商业用、工业用マーキング、および精密アプリケーション。	異なるファイバーレーザータイプは、異なるカラーマーキングとパルス制御機能を持っています。
UVレーザー	熱に敏感な材料、包装、ガラス、プラスチック、および細かいマーキング。	ビームの品質と性能は、環境要因の影響を受ける可能性があります。
ダイオードレーザー	DIYユーザー、時折のプロジェクト、ポータブル使用、および小規模アプリケーション。	処理速度、ビーム品質、および商用マーキング性能はより制限されています。

6.結論

レーザーマーキングマシン用の適切なレーザーの選択は、処理する予定の材料、必要なマーキング効果、生産要件、予算、および作業環境によって異なります。ファイバーレーザーは金属マーキングや商用利用に適しており、UVレーザーは冷光マーキングや熱に敏感な材料に適しており、ダイオードレーザーはDIYや時折の使用に適しています。

耐久性があり、正確で効率的なマーキングを必要とするユーザーの場合、ファイバーおよびUVレーザーマーキングマシンは通常、ダイオードレーザー彫刻機よりも強力な全体的なパフォーマンスを提供します。移植性と低コストを優先するユーザーにとって、ダイオードレーザーは依然として実用的なエントリーレベルの選択である可能性があります。