1. Problema: Schizzi di scorie
La marcatura laser è una macchina che utilizza un raggio laser per imprimere un segno permanente sulla superficie di diversi materiali. L'effetto della marcatura consiste nel rivelare il materiale in profondità attraverso l'evaporazione dello strato superficiale, consentendo così di incidere motivi, marchi e testi di precisione. Le principali tipologie di macchine per marcatura laser sono: laser a CO2, laser a semiconduttore, laser a fibra e laser YAG. La marcatura laser è utilizzata principalmente in applicazioni che richiedono una precisione elevata. Trova impiego in componenti elettronici, circuiti integrati (IC), elettrodomestici, telefoni cellulari, prodotti hardware, accessori per utensili, strumenti di precisione, occhiali e orologi, gioielli, ricambi auto, chiavi in plastica, materiali edili e tubi in PVC.
Questo articolo ti offre una rapida panoramica sulla macchina per marcatura laser a fibra MOPA.
1. La differenza tra modulazione Q e tecnologia MOPA nei laser a fibra
I due principali tipi di laser a fibra pulsati attualmente sul mercato per applicazioni di marcatura laser sono la tecnologia a modulazione Q e la tecnologia MOPA, che consiste in una struttura laser composta da un oscillatore laser in cascata con un amplificatore. In ambito industriale, il laser MOPA si riferisce a un laser a fibra pulsato a nanosecondi unico e più "intelligente", costituito da una sorgente laser a semiconduttore pilotata da un impulso elettrico e da un amplificatore a fibra. La sua "intelligenza" si riflette principalmente nella possibilità di regolare indipendentemente la larghezza dell'impulso di uscita (l'intervallo può arrivare fino a 2 ns-500 ns) e nella frequenza di ripetizione che può raggiungere i megahertz. La struttura della sorgente laser a fibra a modulazione Q è inserita nel modulatore di perdita della cavità di oscillazione a fibra, modulando periodicamente la perdita ottica nella cavità risonante per produrre un impulso luminoso a nanosecondi di una determinata larghezza. Per affrontare questo problema, spesso complesso, effettueremo una breve analisi da tre punti di vista: struttura interna del laser, parametri ottici di uscita e scenari applicativi.
2. Struttura interna del laser
La struttura interna dei laser a fibra MOPA e dei laser a fibra a modulazione Q differisce principalmente nel modo di generare il segnale luminoso di innesco dell'impulso. Questo segnale viene generato dall'impulso elettrico che pilota il chip laser a semiconduttore, ovvero il segnale luminoso in uscita viene modulato dal segnale elettrico di pilotaggio, offrendo così una grande flessibilità nella generazione di diversi parametri di impulso (durata dell'impulso, frequenza di ripetizione, forma d'onda e potenza, ecc.). Il segnale ottico di innesco pulsato del laser a fibra a modulazione Q viene generato aumentando o diminuendo periodicamente la perdita ottica nella cavità risonante per produrre un'uscita ottica pulsata, risultando più semplice nella struttura e più vantaggioso in termini di prezzo. Tuttavia, i parametri dell'impulso sono in qualche modo limitati dai dispositivi di modulazione Q e da altre influenze.
Il principio di funzionamento della struttura interna del laser a fibra MOPA e del laser a fibra a modulazione Q è illustrato schematicamente come segue.
3. Parametri ottici di uscita
La larghezza dell'impulso di uscita del laser a fibra MOPA è regolabile in modo indipendente. La larghezza dell'impulso del laser a fibra MOPA ha una sintonizzabilità arbitraria (intervallo da 2 ns a 500 ns).
Quanto più stretta è la larghezza dell'impulso, tanto minore è l'area termicamente alterata e tanto maggiore è la precisione di lavorazione che si può ottenere.
La larghezza dell'impulso di uscita del laser a fibra modulato Q non è regolabile e viene generalmente erogata a un valore fisso compreso tra 80 ns e 140 ns. Il laser a fibra MOPA ha una gamma più ampia di frequenze di ripetizione. I laser MOPA possono raggiungere frequenze di uscita elevate, dell'ordine dei MHz. Un'elevata frequenza di ripetizione si traduce in un'elevata efficienza di elaborazione e i laser MOPA possono mantenere elevate caratteristiche di potenza di picco anche in condizioni di alta frequenza di ripetizione. I laser a fibra modulati Q sono limitati dalle condizioni operative del Q-switch e hanno una gamma di frequenze di uscita ristretta, raggiungendo solo circa 100 kHz alle alte frequenze.
4. Scenari applicativi
Il laser a fibra MOPA ha un'ampia gamma di parametri, quindi, oltre a coprire le applicazioni convenzionali di lavorazione laser a nanosecondi, può anche sfruttare la sua larghezza di impulso ridotta, l'alta frequenza e l'elevata potenza di picco per realizzare alcune applicazioni di lavorazione di precisione uniche. Ad esempio.
Applicazioni di rimozione della superficie da lamiere sottili di ossido di alluminio
Oggigiorno, i prodotti elettronici più sottili e leggeri, come molti telefoni cellulari, tablet e computer, utilizzano sottili lastre di ossido di alluminio come rivestimento. L'utilizzo di laser a modulazione Q per marcare i conduttori su sottili lastre di alluminio può facilmente causare deformazioni del materiale, con conseguente formazione di convessità sul retro del package, compromettendo l'estetica. L'utilizzo di parametri di larghezza di impulso più piccoli del laser MOPA, invece, riduce la deformazione del materiale e produce linee di deformazione più nitide e di un bianco brillante. Questo perché il laser MOPA, grazie alla sua breve durata di impulso, mantiene un'energia sufficiente a rimuovere lo strato anodico, risultando quindi la scelta migliore per la rimozione dello strato anodico superficiale di sottili lastre di ossido di alluminio.
Applicazione di annerimento dell'alluminio anodizzato
L'utilizzo del laser per imprimere loghi neri, numeri di modello, testi ecc. sulla superficie di materiale in alluminio anodizzato è diventato gradualmente sempre più diffuso negli ultimi due anni tra aziende come Apple, Huawei, ZTE, Lenovo, Meizu e altri produttori di elettronica per la marcatura di loghi, numeri di modello ecc. con marcature nere sulla scocca dei prodotti elettronici. Per questo tipo di applicazione, al momento solo il laser MOPA è in grado di eseguire il lavoro. Poiché il laser MOPA offre un'ampia gamma di regolazione della larghezza e della frequenza degli impulsi, l'utilizzo di parametri come la larghezza di impulso ridotta e l'alta frequenza consente di ottenere un effetto di marcatura nera sulla superficie del materiale, mentre diverse combinazioni di parametri permettono di ottenere effetti di grigio differenti.
Marcatura laser a colori
La marcatura laser a colori è un nuovo tipo di processo di marcatura laser. Attualmente, questa tecnologia è temporaneamente limitata alla marcatura laser MOPA su acciaio inossidabile, cromo, titanio e altri materiali metallici con motivi colorati. Quando si lavora con materiali in acciaio inossidabile, il raggio laser può essere regolato per modificare il colore dello strato superficiale del materiale, in modo da ottenere effetti decorativi di diversi colori. Per l'industria dei prodotti in acciaio inossidabile, è possibile aggiungere il colore al motivo di marcatura, modificando una varietà di motivi di testo a piacimento, in modo semplice e pratico: ecologico e non inquinante; velocità di marcatura, può aumentare significativamente il valore aggiunto dei prodotti in acciaio inossidabile, migliorandone la competitività sul mercato. Aggiunge valore al prodotto.
In generale, la larghezza e la frequenza dell'impulso del laser a fibra MOPA sono regolabili indipendentemente, e offre un'ampia gamma di parametri regolabili, garantendo così una lavorazione precisa e un basso effetto termico. Ad esempio, è particolarmente efficace nella marcatura di lamiere sottili di ossido di alluminio, alluminio anodizzato nero, acciaio inossidabile colorato, ecc., raggiungendo risultati impossibili con i laser a fibra Q. I laser a fibra modulati Q sono caratterizzati da una marcatura più intensa e presentano alcuni vantaggi nella lavorazione di incisione profonda dei metalli, ma l'effetto di marcatura risulta più grezzo. Nella tabella seguente sono riportate le principali caratteristiche dei laser a fibra pulsati MOPA rispetto ai laser a fibra modulati Q nelle applicazioni di marcatura più comuni. Gli utenti possono scegliere il laser più adatto in base alle specifiche esigenze di marcatura dei materiali e agli effetti desiderati.
| Nome dell'applicazione | Laser a modulazione Q | Laser MOPA |
| Rimozione della pellicola superficiale di ossido di alluminio | Il substrato si deforma facilmente, formando sacche convesse e linee di fondo irregolari. | Impulso di breve durata, residuo termico minimo, nessuna deformazione del substrato, motivo di base bianco fine e brillante |
| Anodizzazione dell'alluminio annerito | È possibile solo una quantità limitata di spolveratura di qualità | Attraverso un'ampia gamma di impostazioni dei parametri, è possibile evidenziare diverse sfumature di grigio e nero nell'elaborazione del nero. |
| incisione profonda del metallo | Potente, adatto per intagli profondi, sottosquadri grezzi | Profondità di incisione debole, ma sottolineatura fine, piccola rastrematura, possibilità di trattamento in bianco brillante |
| Colore acciaio inossidabile | Se l'immagine è sfocata, l'effetto è più difficile da regolare. | È possibile riprodurre una varietà di colori regolando la larghezza dell'impulso e la combinazione di frequenza. |
| ABS e altre materie plastiche | Effetto ingiallimento facile, sensazione di pesantezza, veloce | Nessuna sensazione, non ingiallisce facilmente, lavorazione fine |
| Rimozione della vernice da chiavi in plastica traslucida | Più difficile da rimuovere | Facile da rimuovere, pulito, contorno del bordo netto, migliore trasmissione della luce, alta efficienza |
| Codice a barre per la marcatura di circuiti stampati (PCB), codice 2D | Elevata energia a impulso singolo, ma la resina epossidica è sensibile all'energia laser. | Adotta una larghezza di impulso ridotta, una frequenza media, un codice a barre e un codice 2D più chiari, difficili da rimuovere e facili da scansionare. |
5. Caratteristiche prestazionali della macchina per marcatura laser MOPA
La macchina per marcatura laser MOPA appartiene alla categoria delle macchine per marcatura laser. Utilizza un laser a semiconduttore a modulazione elettrica diretta come sorgente di innesco (schema MOPA) di un laser a fibra. Rispetto al laser a fibra a modulazione Q, la frequenza e la larghezza dell'impulso del laser a fibra MOPA sono controllabili indipendentemente, regolando i due parametri laser. Il sistema di oscillatore a scansione ad alta velocità consente una potenza di picco elevata e costante e una gamma più ampia di substrati da marcare. Con un fascio laser di alta qualità, bassi costi di utilizzo e 100.000 ore senza manutenzione, è adatta per la marcatura di ossido di alluminio nero, acciaio inossidabile 304 colorato, anodi, rivestimenti, industria dei semiconduttori ed elettronica, plastica e altri materiali sensibili e industria dei tubi in PVC, per la marcatura di modelli e caratteri ecocompatibili in conformità con gli standard RoHS.
Rispetto alle comuni macchine per marcatura laser, la macchina per marcatura laser MOPA ha una larghezza di impulso M1 di 4-200 ns e una larghezza di impulso M6 di 2-200 ns. La larghezza di impulso delle normali macchine per marcatura laser è di 118-126 ns, quindi si può notare che la larghezza di impulso della macchina per marcatura laser MOPA può essere regolata in un intervallo più ampio, il che spiega perché alcune macchine per marcatura laser a fibra comuni non riescono a raggiungere l'effetto desiderato, mentre la macchina per marcatura laser MOPA sì.
Tuttavia, molti clienti acquistano macchine per marcatura laser MOPA aspettandosi la stessa velocità di elaborazione delle normali macchine per marcatura laser a fibra, ma questo non è ovviamente vero. Le due tecnologie sono diverse. Quando si incidono effetti a colori, la macchina deve marcare con effetti di ombreggiatura minimi ad alte frequenze, il che consente un'incisione ad alta risoluzione, ma allo stesso tempo la velocità di incisione è relativamente molto più lenta. Inoltre, nell'incisione profonda del metallo, la macchina per marcatura laser MOPA potrebbe non avere un vantaggio, poiché non vi è alcun vantaggio in termini di energia del singolo impulso, ma l'effetto è più preciso e migliore rispetto alle macchine per marcatura laser generiche su larga scala. Pertanto, prima di scegliere di acquistare una macchina per marcatura laser MOPA, i clienti devono comprendere i vantaggi e gli svantaggi di questo tipo di macchina.
La macchina per marcatura laser MOPA è adatta per la marcatura di precisione di materiali metallici e non metallici, come ad esempio componenti di prodotti digitali (incisione laser nera), cover posteriori per cellulari, iPad, alluminio nero, tasti per cellulari, tasti in plastica traslucida, componenti elettronici, circuiti integrati (IC), elettrodomestici, prodotti per le telecomunicazioni, sanitari, accessori per utensili, utensili da taglio, occhiali e orologi, gioielli, ricambi auto, valigie e borse, pentole, prodotti in acciaio inossidabile e altri settori.
Maven Laser Automation Company opera nel settore laser da 14 anni ed è specializzata nella marcatura laser. Disponiamo di macchine per marcatura laser a fibra, a CO2 e UV, oltre a saldatrici laser, macchine per taglio laser e macchine per pulizia laser. Se siete interessati alle nostre macchine, potete seguirci e contattarci senza esitazione.
Data di pubblicazione: 15 novembre 2022
