眾所周知,不銹鋼是當(dāng)今世界用途最廣泛的工程材料,它可以應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域。從消費(fèi)品到炊具,從手術(shù)器械到屋頂,不銹鋼都是制作材料的首選。不銹鋼有150多個(gè)等級(jí),表面光潔度的差異程度更是讓人眼花繚亂,其中總有某一種能夠滿(mǎn)足大家的要求。相對(duì)的,光纖激光器也是用途最廣泛的工業(yè)打標(biāo)工具。兩者結(jié)合在一起會(huì)讓你有意想不到的效果。
許多不銹鋼商品和零部件都需要印上標(biāo)識(shí),不管標(biāo)識(shí)是表示生產(chǎn)日期的簡(jiǎn)單字母和數(shù)字,還是更精細(xì)的條形碼或二維碼,光纖激光器都能做到。無(wú)論這些標(biāo)識(shí)是單行線(xiàn),輪廓線(xiàn),還是填充字體-無(wú)論你有什么要求,只要你可以在紙上把它表示出來(lái),光纖激光器都可以把它復(fù)制到金屬上。有些標(biāo)識(shí)很精細(xì),例如通常在各類(lèi)工具或者儀器上用作刻度的功能性標(biāo)識(shí)。有些標(biāo)記并不怎么重要,例如裝飾或裝飾品,光纖激光器也都可以進(jìn)行打標(biāo)。
SPI光纖激光器的體積只有鞋盒那么大,卻可以提供10-40mW聚焦的納秒脈沖,在打標(biāo)時(shí)能在材料不受到熱影響的情況下改變材料表面的顏色,形成永久的標(biāo)識(shí)。與光學(xué)掃描振鏡結(jié)合使用,便可以打出任何圖案,使之成為應(yīng)用廣泛的打標(biāo)工具。
不銹鋼的物理化學(xué)性質(zhì)和它對(duì)激光的反應(yīng)是值得研究的,因?yàn)楦鶕?jù)入射光的特征和不銹鋼的等級(jí)不同,最終實(shí)現(xiàn)的視覺(jué)效果可能完全不同。
足夠脈沖能量的激光會(huì)使金屬表面局部熔化,熔化部分會(huì)產(chǎn)生一系列的凹坑并與環(huán)境中的氧氣發(fā)生反應(yīng)從而變成深色的標(biāo)記,并能觸摸到輪廓,有凹凸感。隨著脈沖能量的提高,一些材料被汽化且在凹穴熔化處產(chǎn)生氣壓而導(dǎo)致飛濺效果,大大提高了標(biāo)記的視覺(jué)質(zhì)量。來(lái)回反復(fù)多次打標(biāo)后也可得到雕刻的效果。
(下圖為雕刻打標(biāo)汽車(chē)零部件)
如果選用較低的能量密度和較長(zhǎng)的加工時(shí)間,則會(huì)獲得完全不同的效果:在金屬不熔化的情況下也可以產(chǎn)生深黑色的標(biāo)記,這在工業(yè)上通常被稱(chēng)為退火打標(biāo)(冶金專(zhuān)家并不承認(rèn)這個(gè)名稱(chēng))。其實(shí),這更應(yīng)該被稱(chēng)為黑色氧化打標(biāo),它的對(duì)比度非常高,但是并不會(huì)對(duì)材料表面的粗糙度或者紋理產(chǎn)生影響。在消費(fèi)品領(lǐng)域,這類(lèi)標(biāo)記被廣泛應(yīng)用。不過(guò),人們更感興趣的,或許是它在手術(shù)器械上的應(yīng)用。手術(shù)器械對(duì)標(biāo)記質(zhì)量的要求是最為嚴(yán)格的,因?yàn)樗仨毐WC經(jīng)過(guò)多次殺菌處理后,沒(méi)有質(zhì)量上的降低或者局部生銹。這是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),需要非常小心的控制脈沖條件和熱量的輸入。光纖激光器脈沖的靈活性和可控性使其理想適合于這類(lèi)應(yīng)用。
(下圖為黑色打標(biāo)加工 - 手術(shù)剪刀和酒瓶)
光纖激光器可以打出黑色的標(biāo)識(shí),那么它是否能夠打出白色呢?答案是可以的,光纖激光器也可以在不銹鋼上打出純白的標(biāo)識(shí)。而且同樣是通過(guò)控制激光的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。用作生成網(wǎng)格點(diǎn)的激光,脈沖短,能量低,使得不銹鋼表面僅僅能夠產(chǎn)生一點(diǎn)點(diǎn)的熔化,而在任何有害的大氣氧化發(fā)生之前已經(jīng)固化…這樣便能產(chǎn)生牢固的白色標(biāo)識(shí),由于這種標(biāo)識(shí)較為美觀(guān),因此經(jīng)常被用在各類(lèi)消費(fèi)品上,如相機(jī)和手機(jī)等。除此之外,這類(lèi)標(biāo)識(shí)會(huì)對(duì)材料的物理性能有顯著的影響,例如影響材料的潤(rùn)濕特征。使用光纖激光器改變材料表面的特性是目前研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。
(SM脈沖的掃描電子顯微鏡圖像)
通過(guò)改變點(diǎn)的分布密度或者改變所有單個(gè)點(diǎn)的能量密度也可以實(shí)現(xiàn)灰度打標(biāo)效果,其中前者是傳統(tǒng)打印技術(shù)中比較常用的方法。
但是世界并不是黑白的,激光器是否能夠打出彩色的標(biāo)記呢?完全可以,在不用任何色素或者添加劑的情況下,僅僅靠改變光的能量,我們就可以利用激光器在不銹鋼表面打出彩色的標(biāo)識(shí)。原理是在不銹鋼的局部表面,生成一層厚度受到精確控制的氧化膜。由于衍射效應(yīng),不同厚度的氧化膜便可以呈現(xiàn)不同的顏色。但這一技術(shù)目前還只在科研上實(shí)現(xiàn),并未形成廣闊的市場(chǎng)和工業(yè)應(yīng)用,因?yàn)槠浼庸に俣群苈移渖{(diào)很難復(fù)制或者匹配PANTONE(國(guó)際色卡)標(biāo)準(zhǔn)。但是它的確是極具視覺(jué)沖擊的,并且是激光光源穩(wěn)定性和通用性的一個(gè)很好的例證。
(下圖為Electrox提供的彩色激光打標(biāo)圖片)
在拉絲表面的不銹鋼上進(jìn)行拋光處理,是一項(xiàng)更為復(fù)雜的加工工序,也是最具有說(shuō)服力的一個(gè)例證。重復(fù)率高達(dá)1MHz的低能量超短脈沖激光,能夠使拉絲不銹鋼的粗糙表面引起局部熔化,這種再熔化正好有效地對(duì)材料進(jìn)行了拋光,使其重新具有了反光的外觀(guān)。
因此光纖激光器和不銹鋼的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)許多不同的效果,希望本文能對(duì)你的打標(biāo)或表面處理應(yīng)用有所幫助。
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