レーザーマーキングの原理と主な方法の説明

レーザーマーキングは、ワークピースの表面に永続的なテキスト、パターン、シンボル、またはコードを作成するプロセスです。 プロセス中、レーザーマーキングマシンがレーザービームを材料表面に向け、材料とレーザー設定に応じて気化、溶融、相変化、色変化、または層除去を引き起こします。

このガイドでは、材料の除去、表面の色の変化、レイヤーの除去、マスクマーキング、アレイマーキング、スキャニングマーキングなど、マーキングパターンを形成するために使用される主なレーザーマーキングの原理と一般的な方法について説明します。

1.レーザーマーキング原理

レーザーマーキングは、集束レーザーエネルギーをワークピースの表面に適用することによって機能します。 レーザーが表面に到達すると、材料は気化、溶融、相の変化、色の変化、または下の層を露出させることができます。 これらの変更は、製品に読みやすく耐久性のあるマークを形成します。

レーザーマーキングパターンの形成原理は、一般に3つのカテゴリーに分けることができる。

1.1材料を除去してマークを形成する

1.1.1原則

この方法では、相対的に高いピークパワーを有するレーザーがワークピースを照射する。 材料は高温に加熱され、表面の一部が溶融または蒸発する。 選択された材料が除去されると、ワークピースは、刻まれたまたは刻まれた効果で目に見えるマークを作成します。

1.1.2サンプル制品

この方法は、歯車やコネクティングロッドなどの金属部品の深部彫刻によく使用されます。

1.2素材の表面色の変更

1.2.1原則

この方法では、ピーク出力が比較的低いレーザーがワークピースを照射し、金属材料の相変化温度または選択された非金属材料の変性温度まで材料を加熱します。 この制御された加熱は表面の色を変え、必ずしも大量の材料を除去することなく目に見えるマークを作成します。

1.2.2サンプル制品

典型的な例は、ステンレス鋼などの金属材料上のカラーマーキングおよびプラスチックなどの選択された非金属材料上のブラックマーキングを含む。

1.3材料層の取り外しまたは移動

1.3.1原則

多層材料では、レーザーが1つ以上の表面層を除去または変更して、下にある材料の色を明らかにすることができます。 表面層と露出した下層とのコントラストが最終的なマーキングパターンを形成する。

1.3.2サンプル制品

この方法は、多層商標ラベルやその他の層状材料をレーザーマーキングするために使用でき、上層を除去した後に明確な色のコントラストを作成します。

2.レーザーマーキングの主な方法

マーキングパターンの形成方法に応じて、レーザーマーキング方法は、マスクマーキング、アレイマーキング、スキャニングマーキングの3つの一般的なカテゴリに分類できます。

2.1マスクマーキング

2.1.1マスクマーキングマシンの典型的な構造

マスクマーキングマシンは、レーザー、マスク、イメージングレンズ、および他の主要な光学部品を含む光路システムを使用する。 マスクはマーキングコンテンツを運び、光学システムは選択されたマーキングパターンをワークピース表面に投影します。

2.1.2マスクマーキングの動作原理

マスクマーキングでは、レーザー光源によって放出されたパルスレーザーが拡大され、マスク上に均一に投影される。 レーザーの一部は、マスクの中空部分を通過する。 マスク上のグラフィックは、レンズによって集束された後、ワークピース表面上に画像化される。

レーザーによって照射された材料領域は、判読可能なマークを形成する。 一般に、各パルスレーザーは1つのマークを形成することができる。 マスクを変更すると、ユーザーはレーザーマーキングコンテンツを変更できます。 パルスCO2レーザーおよびパルス固体YAGレーザーは、マスクマーキングに使用することができる。

2.2アレイマーキング

2.2.1アレーマーキングマシンの典型的な構造

アレイマーキングマシンの光路システムは、いくつかの主要コンポーネントを含むことができる。

2.2.2アレイマーキングの動作原理

アレイマーキングでは、複数のRF CO2レーザーが垂直に配置されています。 選択された瞬間に、産業用コンピュータはレーザー電源を制御して、同時にいくつかのレーザーチャンネルをオンにします。 たとえば、1番から7番のレーザーチャネルが同時に7つのパルスを放出する場合、ワーク表面の7つのピットを除去し、文字「1」に似た7つの垂直ストロークを形成できます。

別の瞬間に、コンピュータは、1つのレーザーチャネルのみを有効にして、底部に単一の点を作成することができる。 どのレーザーが異なる時間に発射するかを制御することにより、システムはドットマトリクスの文字または文字パターンを形成できます。

共通文字は、5 × 7または7 × 7ドットマトリックスで形成することができる。 アレイマーキングは非常に高速に達することができ、高速オンラインマーキングに役立ちます。 ただし、主にドットマトリックス文字に適しており、その解像度は複雑な文字や詳細なグラフィックには十分ではない場合があります。

2.3スキャニングマーキング

2.3.1スキャニングマーキングの動作原理

スキャンマーキングマシンは、マーキングパターンを産業用パーソナルコンピュータに入力する。 コンピューターはレーザーとスキャンのメカニズムを制御し、レーザーが処理された材料の表面をスキャンして最終的なマーキングパターンを形成できるようにします。

2.3.2スキャニングマーキングマシンの典型的な構造

スキャンメカニズムには通常、機械スキャンと検流計スキャンの2つの構造形式があります。

2.3.3メカニカルスキャン

機械的走査マーキングマシンの光学系は、レーザー、反射器、および集束レンズを含む。 メカニカルスキャンは、機械的な動きによってリフレクターのX-Y座標を変更し、レーザービームがワークピースに到達する位置を変更します。

光路が反射器を介してリダイレクトされた後、レーザービームは集束レンズを介してワークピースに作用します。 リフレクターと集束レンズの動きにより、出力レーザーが平面内のさまざまな位置に到達し、グラフィックまたは文字をマークできるようになります。

2.3.4ガルバノメータスキャニング

検流計スキャンマーキングマシンの光学システムには、レーザー、XおよびY検流計、およびフラットフィールド集束レンズが含まれます。 レーザーによって放出されたレーザービームは、XおよびY軸に沿ってスキャンするXおよびY検流計に向けられます。

産業用コンピュータは、レーザービームの偏向を制御するミラーの反射角を制御する。 フラットフィールドフォーカシングレンズによって集束された後、レーザーフォーカスはマーキング材料を横切って移動し、材料表面に必要なパターンを残します。

ガルバノメータスキャンはマーキングの品質と速度を向上させることができますが、そのマーキング領域は通常、機械的なスキャンマーキングほど大きくはありません。

3.結論

レーザーマーキングは、材料の除去、表面の色の変化、または層の除去を通じて耐久性のあるマークを作成できます。 ディープメタルの彫刻からカラーマーキングやレーベルマーキングまで、さまざまな原理がさまざまな素材とマーキングの目標に適しています。

マスクマーキング、アレイマーキング、およびスキャニングマーキングにはそれぞれ独自の利点があります。 マスクマーキングは事前定義されたパターンをすばやく投影でき、アレイマーキングは高速オンラインドットマトリックスマーキングに役立ち、スキャンマーキングはグラフィック、テキスト、および複雑なパターンを柔軟に制御できます。