多年来，激光打标几乎“入侵”到各种制造业中。在性能和机器成本方面，激光打标技术更是突飞猛进。本文着重介绍了脉冲固体激光打标技术和应用。连续波固体激光器很少用于打标。二氧化碳激光器广泛应用于有机材料（比如木材、皮革等）的包装打标。与固体激光器应用相比，二氧化碳激光器可应用于低对比度、工作面积更大的打标。固体激光器和二氧化碳激光器的应用并没有明显的重叠之处。
许多人都同意这一观点：汽车的马力越大，车速也就越快。这种观点非常简单，但不幸地是并不正确，也许还有其他更重要的因素。是不是还要考虑汽车的重量和牵引轮胎质量？一台马力稍逊的汽车很有可能在车速上会超过其他车。激光打标也会有同样的情况，要为当前的任务选择合适的激光器，对于激光器来说，要考虑的参数不是马力而是功率。其他要考虑的因素还有脉冲频率、脉冲宽度和峰值频率。
图1、在不锈钢上进行脉冲重叠雕刻。
激光打标首先应该考虑客户的需求。人们通常需要在打标质量、打标时间以及打标深度三者之间进行权衡。打标所花费的时间和打标深度很容易量化。然而对于打标质量来说，每一个客户都有不同的期望，客户考虑的因素有：色彩对比、边缘质量（锐利、洁净、笔直、毛刺）、表面光洁度、线宽、分辨率、曲面上打标的一致性、抗划伤性（仅对塑料而言）、热影响区域（HAZ）以及脉冲到脉冲的稳定性，这还仅仅是列出了一部分因素。除了打标技术规范，一些客户还要求打标方法具备多用性，比如要求能够对多种材料进行打标，或者对同一种材料进行重复打标。
由于需求的复杂性，目前不存在一个简单的规则适用于所有应用——因为每一种应用都不相同。缩小参数范围的唯一方法就是详细了解不同激光打标技术的优劣，才有可能找到适合特定需求的激光器。一个应用的最终检验总是在应用实验室内由专业人士完成。当前使用的激光打标类型有三种：Nd:YAG（棒激光器）、Nd:YVO4（棒激光器）以及光纤激光器。Nd:YAG已经几乎完全被二极管泵浦激光器技术所取代。高性能YAG和钒酸盐激光器是水冷式的，但在性能稍低时也可以是风冷的。大多数光纤激光器也是如此。假定在同时采用最先进设计的情况下，就耗材、电源要求和泵浦二极管寿命而言，YAG、钒酸盐和光纤激光器的运行成本几乎完全一样。因此，客户可以选择适合他们应用需求的激光器，而不用考虑成本问题。
表1、激光打标系统的典型参数
在金属上进行雕刻要求材料能够熔化和蒸发。这一工艺可以这样解释：平均激光功率用来熔化材料，峰值功率用来蒸发材料。达到最佳雕刻率有一个关键点，就是正好有足够多的已熔化材料能在有效峰值功率下被蒸发。如果已熔化材料过多，会导致雕刻率下降以及过多的再铸材料和毛刺。如果已熔化材料不足而峰值功率充足，会导致雕刻率下降。只有在高峰值功率下，才能在一些陶瓷和塑料上打出精密的高对比度标记。
所有的固体激光打标系统都是纳秒级激光器。Nd:YAG激光器通常是10到150纳秒，钒酸盐激光器是5到30纳秒。这两种激光器的脉冲宽度会随着频率的增加而变长。光纤激光器的脉冲宽度或是固定在100纳秒范围内，或是通过使用主振荡光纤功率放大器（MOFPA）设计，从而让脉冲宽度在10到200纳秒间变动。脉冲宽度影响到材料的热穿透深度。短脉冲是灵敏型应用的理想选择，例如对油墨层做昼夜不间断的洁净烧蚀，以及对低热影响区域（HAZ）的金属打标。这种应用的一种例子就是在航空航天工业中的应力部件上打标。对于塑料来说，没有通用的规则，有些适合长脉冲，有些适合短脉冲。
图2、Nd:YAG和钒酸盐激光器的典型频率特性。
光束质量的度量标准是M2。M2值越小，光束质量越高，当M2=1时，激光光束是最理想的。如果激光的光束质量好，那么激光聚焦的光斑尺寸就越小，从而能量密度就越高，对于许多应用来说，高能量密度是理想的选择，甚至是必需的。还有两种效应与光束质量有关：
● 第一种是标记区域尺寸。标记区域越大，光斑尺寸越大。要想在获取最大标记区域的同时将光斑尺寸控制在一个合理的范围，必须有好的光束质量。
● 第二种是聚焦深度。光束质量越好，在离焦时打标工艺的容错性越高，这点对圆柱形零部件上的打标非常重要。
要想取得光滑的表面以及好的边缘质量，前一脉冲与下一脉冲的重叠非常重要。光斑在表面移动的越快（速率），要想取得一定的重叠（图1所示），要求的频率就越高。不幸的是，所有激光器的脉冲频率越高，脉冲峰值功率和脉冲能量就越低，只不过有些激光器情况稍好。这说明了为何选择光纤激光器和钒酸盐激光器用于快速烧蚀工艺（比如薄膜烧蚀）。
每一类型的激光器都有不同的频率特性。图2显示了YAG和钒酸盐激光器典型频率特性。
如表1所示，光纤激光器与YAG激光器、钒酸盐激光器有着很大的区别。通常情况下，光纤激光器开始时的峰值功率较低，但是当频率增加时，峰值功率仍能维持的很好。使用主振荡光纤功率放大器（MOFPA）方法的光纤激光器可以改变脉冲宽度，这有助于优化激光打标参数。例如在烧蚀工艺里，可以通过调整脉冲宽度找到已熔化材料和已蒸发材料的最佳比例。
对于固体激光打标系统来说，上述三种技术（Nd:YAG、钒酸盐、镱/光纤激光器）已经并将继续在工业制造中发挥作用。这三种技术都有可能进一步发展，以提高性能并降低价格。客户希望有机会使用各种技术对他们的零部件进行公正的应用试验。在激光打标应用中，除了诸如对比度、速度和深度等简单明了的性能外，其他因素也正变得重要甚至更重要。这些因素包括：可变的数据管理、条形码扫描器等周边配件处理、可现场维护的设计以及远程诊断。最后，在激光打标使用时，需要重点考虑进行激光功率校准，以取得稳定的激光打标效果。
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