Что такое лазерная гравировка? Процесс, виды и руководство

В Yonglihao Machinery, компания быстрого прототипирования, Я поддерживаю разработку продукта от начала до конца. Наш услуги лазерной резки — один из наших основных ежедневных процессов. Лазерная гравировка часто следует за ним. После резки детали клиентам требуются долговечные логотипы, идентификационные знаки или метки для отслеживания. В этом руководстве мы расскажем, что такое лазерная гравировка, как она работает и как выбрать правильный подход к материалу и маркировке.

Что такое лазерная гравировка?

Лазерная гравировка — бесконтактный процесс. Материал удаляется, создавая стойкий след большой глубины. Именно эта физическая глубина — его главная особенность. Благодаря ей гравированные следы лучше выдерживают механическую обработку, истирание и другие воздействия, чем поверхностные следы.

Лазерная гравировка отличается от лазерной маркировки. Основное отличие заключается в способе формирования маркировки. Лазерная маркировка может включать изменение цвета поверхности, окисление или световые изменения. Лазерная гравировка использует контролируемую абляцию и удаление материала. Результат получается более тактильным и долговечным.

В производстве гравировка используется в первую очередь для обеспечения прослеживаемости. Серийные номера, коды партий, двумерные коды и идентификаторы активов должны быть читаемыми. Гравировка также подходит для логотипов и табличек. Её можно использовать, когда требуется маркировка, которая не сотрётся, не выцветет и не размажется.

Как работает лазерная гравировка?

Лазерная гравировка фокусирует энергию в крошечную точку. Она перемещается по траектории, удаляя материал. Управление траекторией осуществляется программой ЧПУ. Параметры процесса определяют объём удаляемого материала и внешний вид поверхности.

Удаление материала происходит несколькими способами. Это может быть плавление и выталкивание, испарение или абляция короткими импульсами. Разные материалы ведут себя по-разному. Некоторые испаряются полностью. Другие плавятся и снова затвердевают по краям. Другие, например, стекло, могут приобретать матовый вид благодаря контролируемому микротрещинообразованию.

Глубина и контрастность определяются плотностью энергии и временем выдержки. Плотность энергии в основном зависит от фокусировки (размера пятна). Время выдержки определяется скоростью и перекрытием импульсов. Именно поэтому “одинаковая мощность” может создавать совершенно разные следы при изменении фокусировки или скорости.

В большинстве случаев гравировка выполняется с использованием растрового или векторного движения. Растровая гравировка заполняет области построчно, подобно принтеру. Её часто используют для заливки текста, фотографий и логотипов. Векторная гравировка позволяет прорисовывать линии и кривые. Она часто быстрее, если изображение состоит преимущественно из контуров.

Основные виды лазерной гравировки

Этот раздел поможет вам выбрать тип лазера. Опирайтесь на материал и тип маркировки, который вам нужен.

Гравировка волоконным лазером

Волоконные лазеры (около 1064 нм) — практичный выбор для гравировки металлов. Металлы хорошо поглощают излучение этой длины волны. Они хорошо подходят для гравировки серийных номеров, матричных кодов и долговечных идентификаторов деталей. Они отлично подходят для нержавеющей стали, алюминия, латуни и многих сплавов. Они также хорошо масштабируются от единичных деталей до серийных. Процесс становится стабильным при условии управления приспособлением и фокусировкой.

Ограничения: Отражающие металлы и термочувствительные покрытия требуют более тщательного контроля. Медные и некоторые алюминиевые поверхности могут быть сложными. Их отражательная способность и теплопроводность влияют на то, как энергия проникает в материал. При слишком высоких настройках может появиться тепловой оттенок или размытые края. Также могут появиться микрозаусенцы. Когда важен внешний вид, сначала настройте на читаемость. Затем аккуратно добавьте глубину, используя несколько проходов вместо одного мощного.

Гравировка лазером CO2

CO2-лазеры (около 10,6 мкм) лучше всего подходят для неметаллических материалов. Многие органические материалы хорошо поглощают эту длину волны. Они гравируют дерево, бумагу, кожу и акрил с высоким визуальным контрастом. Для вывесок, сувениров и табличек на неметаллических предметах CO2-лазеры часто дают быстрые и чёткие результаты.

Ограничения: CO2 — не лучший выбор для голых металлов без специальных покрытий. На дереве контраст достигается за счёт контролируемого горения. Поэтому контроль дыма влияет на чистоту маркировки. На акриле можно получить чёткую матовую маркировку. Однако контроль нагрева важен, чтобы избежать шероховатостей, особенно на тонких панелях.

Диодная лазерная гравировка

Диодные лазеры — это компактные системы. Они способны гравировать различные материалы с лёгкой и средней интенсивностью гравировки. Они часто используются там, где ограничены пространство и бюджет. Они также применяются при невысоких производственных нагрузках. Они могут работать с металлами с покрытием, некоторыми видами пластика и деревом.

Ограничения: Для глубокой гравировки металла диоды могут работать медленнее. Для промышленной маркировки больших объёмов они менее требовательны. Если вам нужна долговечная прослеживаемость на металле, оптоволокно обычно является более безопасным выбором. Если вы гравируете преимущественно неметаллические материалы для высокой контрастности, CO2 часто используется для повышения скорости.

Какие материалы можно гравировать?

Гравировать можно многие материалы. Длина волны и энергия лазера должны соответствовать теплопоглощающей способности поверхности. Для реальных задач я разделяю материалы на три группы: гравируются легко, гравируются осторожно и избегаются. Это обеспечивает стабильные результаты и безопасность рабочего пространства.

К распространённым материалам, хорошо поддающимся гравировке, относятся дерево, многие виды пластика (кроме ПВХ), кожа и многие виды стали. Анодированный алюминий также хорошо гравируется. Для получения хороших результатов при гравировке металлов часто требуется волоконный лазер. Стекло гравируется, но эффект получается иным. “Матовый” эффект может быть вызван микротрещинами, а не чистым удалением. Необходимо контролировать нагрузку и рисунок, чтобы избежать сколов.

Избегайте материалов, которые при нагревании выделяют вредные побочные продукты. Классический пример — ПВХ. Он может выделять хлорсодержащие газы, опасные для людей и оборудования. Материалы с галогенами, некоторые смолы и композиты также могут выделять вредные испарения. В случае сомнений уточните марку материала перед гравировкой.

Как мы выбираем подход к гравировке

Самый быстрый способ выбрать настройку: сначала материал, затем требования к маркировке и, наконец, скорость производства. Если материал — металл, а маркировка должна быть долговечной, отправной точкой будет волокно. Если материал — органический или акриловый, и вам нужен сильный контраст, CO2 часто оказывается самым простым вариантом.

Затем определите требования к маркировке. Продумайте контрастность, глубину, размер и местоположение. Логотип на косметической поверхности должен быть высокого качества и термоустойчивым. Серийный номер для отслеживания должен быть читаемым после использования и очистки.

Затем проверьте необходимое время цикла. Для небольших тиражей можно использовать более медленные и чистые настройки. Для больших объёмов требуется стабильный процесс, учитывающий смену партий и изменение состояния поверхности.

Используйте это перед настройкой параметров:

• Материал и точный сорт подтверждены (без догадок).
• Отметьте определенную цель: только контраст или глубина.
• Идентифицирован тип графики: растровая заливка или векторные линии.
• План крепления установлен: деталь не может смещаться.
• Безопасность подтверждена: вентиляция и защита глаз.

Основы читаемости 2D-кода

Для обеспечения промышленной прослеживаемости 2D-код должен оставаться читаемым после всех этапов. Это означает, что он должен быть разработан для сканирования, а не только для визуального восприятия.

Зона молчания обязательна. Оставьте чистое поле вокруг кода. Это поможет сканеру обнаружить края. Если код перегружен рамками или текстурами, декодирование станет нестабильным. Относитесь к зоне молчания как к защищённому пространству.

Размер модуля должен соответствовать размеру пятна лазера и качеству поверхности. Если размеры модулей слишком близки к размеру пятна луча, углы будут скругляться. Ячейки могут сливаться, и код превращается в “серый шум” для сканеров. Если места мало, лучше сделать код немного больше, чем использовать крошечные модули.

Постобработка может снизить контрастность или изменить форму. Учитывайте это. Дробеструйная обработка может смягчить мелкие детали. Покрытия могут заполнить мелкие ячейки. Анодирование может изменить отражательную способность. Если деталь будет подвергаться дробеструйной обработке или покраске, сосредоточьтесь на сохранении формы.

Правило практической проверки: Выполните тестовое сканирование при том же освещении и под тем же углом, что и ваши операторы. По возможности, проводите тестирование после реальной постобработки, а не только на необработанной детали. Небольшой пробный запуск обычно занимает меньше времени, чем перемаркировка всей партии.

Распространенные проблемы и передовой опыт

Большинство ошибок гравировки происходят из-за ошибок фокусировки, нестабильности крепления или перегрева. Симптомы различаются на разных материалах, но основные причины одинаковы. Сначала исправьте основные проблемы.

Рекомендуется заблокировать приспособление и настроить фокус перед настройкой глубины. Стабильная настройка всегда лучше, чем резкие настройки. Если результаты неравномерны по всей детали, сначала проверьте плоскостность, высоту по оси Z и фокусировку.

Параметрическое мышление

Стабильный результат достигается за счёт диапазона параметров, а не одной “лучшей настройки”. Результат определяется энергией, подаваемой на каждую область. Она определяется размером пятна (фокусом) и временем выдержки (скоростью + перекрытием).

Мощность и скорость — это пара. Мощность увеличивает поступление энергии. Скорость контролирует, как долго эта энергия удерживается на поверхности. Если увеличить мощность без увеличения скорости, накапливается тепло. Края могут размягчиться, и вероятность обугливания возрастает. Если увеличить скорость без увеличения энергии, контрастность падает.

Частота влияет на наложение импульсов и на то, как поверхность ощущает тепло. Слишком большое перекрытие может превратить чёткое удаление в повторный нагрев. Это ухудшает чёткость краев. Слишком малое перекрытие может привести к образованию пунктирных линий и неровной текстуре.

Фокусировка — это скрытый множитель. Он мгновенно изменяет размер пятна и плотность энергии. Небольшая ошибка фокусировки может расширить пятно и снизить пиковую интенсивность. Это может привести к тому, что “те же настройки” будут восприниматься как другой процесс. Если вы видите неравномерные результаты, проверьте фокусировку и равномерность, прежде чем прикасаться к источнику питания.

Заключение

Лазерная гравировка — это контролируемый процесс удаления материала. Она создаёт постоянные, долговечные отметки с заданной глубиной. Выбор прост: подберите лазер к материалу, а стратегию движения — к изображению. Затем стабилизируйте результат с помощью управления фокусировкой и безопасного извлечения. Если вы используете Yonglihao Machinery для лазерной резки, гравировка — естественный следующий шаг. Она обеспечивает прослеживаемость и идентификацию без дополнительных инструментов как для единичного изделия, так и для серийного производства.

Дополнительная литература: Лазерная резка против лазерной гравировки

Часто задаваемые вопросы

“Лазерная гравировка” и лазерная маркировка — это одно и то же?

Нет. Гравировка удаляет материал и создаёт глубину. Маркировка может изменить только поверхность. Это влияет на долговечность и износостойкость маркировки.

Какой лазер лучше всего подходит для гравировки металлических деталей?

В большинстве случаев волоконный лазер является оптимальной отправной точкой для металлов. Он эффективен, обеспечивает высокую повторяемость и часто используется для маркировки прослеживаемости.

Можно ли гравировать лазером любой пластик?

Нет. Некоторых видов пластика следует избегать. Они могут выделять опасные пары. ПВХ — известный пример.

Почему гравировка получается недостаточно глубокой даже при использовании высокой мощности?

Проблема часто заключается не только в мощности, но и в фокусировке, скорости или перекрытии. Если точка фокусировки не находится в нужной точке, энергия рассеивается, и глубина теряется.

Влияет ли лазерная гравировка на допуски деталей?

Возможно. Гравировка удаляет материал и может привести к локальному выделению тепла. Если маркировка находится на важной поверхности, контролируйте глубину. Не допускайте её соприкосновения с уплотнителями или элементами крепления.