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激光雕刻与标记打印技术

激光雕刻和激光标记打印技术正在模具制造行业中兴起。通过这项技术可以满足对零件识别、制造工艺及成品质量跟踪等需求的日益增长。采用激光技术具有加工表面光滑、在模具上打印纹理图形、节约费用和时间等优势。

模具制造商不但可以利用这种方法在模具上打印标记，还可进行模具的纹理加工和模腔的雕刻加工。所有这一切都不需要增加材料和液体等项目的额外投资费用。模具制造商只要购置一台激光加工机就可以完成这些任务，也可以寻求外协单位帮助解决。

激光器的工作原理

激光器是利用受激发射光波放大原理混纺坯布制成的，通常一种物质通过自然激发会发射出光线，其中有一个原子的电子吸收了能量，当它具有这种能量时，该原子处于一种激发的状态。如果在没有外力的作用下，电子释放出这种多余的能量，就产生了自发射现象。

High-Tech Laser & Polishing公司销售经理Steve Finneseth先生称，激光雕刻技术可以应用于许多不同材料的加工，包括从碳化物材料到各种塑料的加工，其雕刻清晰，分辨率高。High-Tech公司是一家精密激光微型雕刻技术的服务供应商，可为工业模具元件的激光加工提供服务，其中包括模腔、型芯、模具和插件等。他回忆说：“当High-Tech公司购置第一台Nd/Yag激光加工机时，其主要目的是在零件上加工一个可控制的深度，对粗糙度甚至只要求达到车间级水平即可。今天，雕刻的深度可以从0.0002~0.075in（1in=25.4mm），如有必要还可以更大，这取决于客户的要求。”

Finneseth先生解释说：“Nd/Yag激光加工机采用Q开关生成脉冲，脉冲蒸馏设备可以调节，这主要取决于需要雕刻的深度。激光束能使材料汽化，使其从固体变成气体。通常当人们听说激光雕刻保证实验机的正常使用这个词的时候，他们的头脑中也许只有二氧化碳激光器的概念。一般的二氧化碳激光器为1000W，用于激光切割，与100W的Nd/Yag激光器相比，后者只适用于激光雕刻。YAG这个词来自Yttrium（钇，一种稀有金属）、铝和石榴石。钇铝石榴石激光器可用于雕刻铝材、铜材、碳化物、石墨电极、经热处理或未经热处理的工具钢，以及许多不同的塑料。采用激光器可雕刻模具的侧壁、凹穴或隐藏的型腔，但用户需要有一条直接的视线，只要将激光器倾斜一个角度就能获得这个视线。这好像用手电筒照射一个管子那样，只要视线能达到的地方，激光雕刻就没有问题，而刀具或铣刀则达不到这种能力。激光器的光束只有一个很锐材质分析：直读光谱法、X荧光光谱分析仪、氧氮分析仪、碳硫分析仪等利的圆角，不像铣刀或刀具那样，有一个半径较大的圆角。”

Finneseth 先生补充说：“在使用激光器时，依靠光束来切割材料。光束从激光器导轨后部压平机通过反射镜反射到导轨前部，当其集聚到足够的强度时，该光束就开始工作。一旦当光束达到足够的强度时，Q开关打开，让光线通过光束放大器传送到激光器头部。在激光器头部装有反光镜，将光束反射到需要雕刻的表面上。在有些激光器上，可以通过一个光圈来控制光束的大小。”

根据Craff焊剂ord LaserStar公司的销售主任Roy Gessman先生的说法，凡是提供激光雕刻设备的公司也设计与该系统工作配套的软件，以帮助保证其重复精度，因为这一切都采用计算机驱动。这样的软件应该能够创建不同的标志和输出序列号。Gessman先生说：“用户能够设置一个可以在模具上打印标记和雕刻各种信息的程序，然后在激光器的工作区将实际工件定位，点击运行程序，激光器就开始打印标记或雕刻这个工件。”

激光器的应用

1.打印标记

Caliber Engraving公司50%的业务来自于模具加工车间，该公司总裁Tim Rose先生解释说：“激光打印标记是将黑色标记打印在钢材或金属的表面冰激凌机上，看起来像很浅的蚀刻加工。许多模具制造商的棒料编码、产品识别和序列编号等均采用这种标记打印方法。激光标记打印法是机电蚀刻和机械冲压打印的新的替代方法，其在元件上打印数据的费用只相当于激光深度雕刻机的一个零头。许多模具制造商在模具元件上打印的标记是他们公司的名称、客户的名字或模具编号等，使整套模具看起来更加专业。”

按照Crafford LaserStar公司Gessman先生的说法，标记打印实际上只是改变颜色而已。Gessman先生说：“当材料比较敏感或壁厚较薄时，采用激光标记打印要比激光雕刻更为合适。有时候，金属密度不允许切除一部分，因此就必须采用永久性的激光打印标记。”

2.雕刻

激光雕刻实际上是已经切入到金属的表面，并将切除一部分金属。Virtek Laser Systems North America公司是一家提供高价值激光样板、激光检验、产品标记打印、雕刻技术，以及成套解决方案的供应商。按照该公司产品营销经理Linda Mclntosh女士的说法，在模具制造行业中，激光雕刻的应用范围一般包括：模具上的纹理和图形雕刻、直接在模具上深度雕刻、对EDM电极的雕刻、金属零件上产品编号、序列号的雕刻，以及金属零件的退火。

按照Caliber Engraving公司Rose先生的说法，深度激光雕刻可以代替传统的铣削加工和化学蚀刻方法，其雕刻加工的深度范围为0.0002~0.125in。Rose先生解释说：“在深度雕刻加工过程中，通常都使用这样的深度范围。这样，就可以看清模具产品上雕刻加工的图像。当塑料填充到雕刻的纹路中时，可以看到塑料零件上的图像。激光雕刻是大部分客户比较喜欢的一种加工方法。客户特别关注模具加工的细节和精度，因为他们已经在模具和模具元件的制造中花费了几万美元。”

激光加工的优点

M/铣削加工的替代方法

Virtek Laser Systems公司的McIntosh女士解释说：“在中小型模腔加工中，激光雕刻加工实际上可以代替铣削加工或EDM放电加工。在今天这个充满竞争的模具制造世界中，制造商必须采用更快、更好的加工方法，以便取得一种能够超越国外模具制造商的优势海胆养殖。”

2.节约时间和资金

Mclntosh女士评论说：“加工车间发现，节约时间特别是中蒙两国作济南试金因客户量比较大为近邻只是使用激光标记打印和激光雕刻加工的其中一部分原因（如表1）。它们还可以节约材料费用（一般不需要使用石墨或铜），不需要制造石墨电极，降低了维护保养费用，减少了介质液体、铣削用冷却液等消耗品费用（如表2）。”

Caliber Engraving公司的Rose先生能够证明其比较快速的转换时间。他认为：“与传统的方法相比，用激光加工一个模机箱腔所需的时间较快，加工质量也要高得多，而且工件转换的速度也要快得多。其环境也更容易控制；由于先将激光投射到表面上，调试设置的预见性较强，可以事先对激光投射到零件表面上的图像进行微调，然后再开始进行实际切削工作。”

3.使用寿命较长

High-Tech Laser公司的Finneseth先生认为，激光光束不会像电极那样易于磨损。他说：“激光器的维护保养主要是更换清水和过滤器。在激光器上，灯泡也通常是一个需要更换的零件，经过几千小时的工作以后，才需要更换Q开关、Nd/Yag棒和光学元件。”

4.表面质量较好

McIntosh女士解释说：“与铣削加工的表面相比，激光雕刻钢模加工的表面质量极好，小面积加工的外形轮廓极为精细。采用激光雕刻加工的表面，模具制造商无需再进行手工抛光或打磨。与铣削加工的表面比较，激光雕刻加工的表面也比较光滑。在大多数情况下，激光雕刻加工都能够满足所需要的质量要求。激光器加工能够达到良好的（Ra