高速激光微加工在二維碼打標行業(yè)的高速加工應(yīng)用

李峰西，索海生，邢振宏，高 凱

(濟南森峰激光科技股份有限公司，濟南 250101)

1 激光鉆孔技術(shù)

激光鉆孔技術(shù)主要使用高速激光的強穿透力及精準度，實現(xiàn)精準定位、高速鉆孔。激光鉆孔技術(shù)可以利用計算機數(shù)控技術(shù)對需要鉆孔的材料進行定位，利用高速激光對該材料進行鉆孔。激光鉆孔技術(shù)利用高速激光中粒子的強穿透性實現(xiàn)了對相關(guān)材料的鉆孔。工作人員使用激光鉆孔技術(shù)對相關(guān)材料進行鉆孔時高速激光粒子會以極快的速度對該材料進行沖擊，從而實現(xiàn)鉆孔。當前，高速激光鉆孔技術(shù)已被廣泛應(yīng)用在航空航天及汽車制造與二維碼加工等領(lǐng)域。我國在二維碼加工等諸多領(lǐng)域中使用的高速激光微加工技術(shù)已可實現(xiàn)對0.01 mm左右的孔徑進行激光鉆孔。其高速激光光束直徑發(fā)展如圖1所示，高速激光微加工精準度如圖2所示。

圖1 高速激光光束直徑發(fā)展示意圖Fig.1 Diagram of high speed laser beam diameter development

圖2 高速激光微加工精準度示意圖Fig.2 Schematic diagram of precision of high speed laser micromachining

經(jīng)過激光鉆孔后材料結(jié)構(gòu)并不會出現(xiàn)嚴重損傷，材料表面也不會出現(xiàn)磨損等現(xiàn)象，可有效提升航空航天業(yè)及二維碼加工領(lǐng)域的產(chǎn)品質(zhì)量。

2 激光切割技術(shù)

高速激光切割技術(shù)是二維碼加工及醫(yī)用儀器生產(chǎn)等領(lǐng)域常用的技術(shù)之一。二維碼加工及醫(yī)用儀器生產(chǎn)過程中不僅需要切割技術(shù)具有較高的精準性，還需要避免該切割技術(shù)在微加工過程中對材料及物品原有結(jié)構(gòu)造成一定的損傷。高速激光切割技術(shù)加入了自動化數(shù)控技術(shù)進行輔助，具有高穿透、高精準度等特點，其在對二維碼等進行微加工過程中可以有效實現(xiàn)精準加工，避免其對二維碼的主體造成損壞，影響用戶的正常使用。此外，高速激光切割過程中，其切割用具為高速激光束，不會對其切割用具造成損傷，可以有效降低二維碼加工及醫(yī)用儀器生產(chǎn)成本，令制造商獲取更加豐厚的利潤。二維碼加工行業(yè)中可以利用計算機數(shù)控技術(shù)對需要進行切割的材料及其切割位置進行定位，完成這一步驟后通過遠程控制設(shè)備，對高速激光設(shè)備進行啟動，使用高速激光實現(xiàn)對二維碼的切割與加工。激光切割技術(shù)的主要原理是利用高速激光粒子的較快速度及其高穿透性，將粒子光束發(fā)射至需要切割的材料處，從而實現(xiàn)對材料的切割。

3 激光焊接技術(shù)

激光焊接技術(shù)原理是使用高速激光對需要進行焊接的材料進行加熱，方便工作人員對其進行焊接處理。高速激光使用過程中，其粒子會高速運動，產(chǎn)生極高的溫度，利用這一溫度可實現(xiàn)對相關(guān)材料的焊接。使用激光技術(shù)對材料進行焊接時，要將其對準需要焊接的材料，通過發(fā)射高速粒子從而產(chǎn)生較高的溫度，實現(xiàn)對相關(guān)材料的焊接。使用激光焊接過程中，不僅可以對其熱量進行控制，還可以對其激光束的寬度等參數(shù)進行控制，更好地對一些細小物體進行精密焊接。激光焊接技術(shù)往往被用于二維碼快速加工及電子原件生產(chǎn)領(lǐng)域中，與傳統(tǒng)的焊接技術(shù)相比，激光焊接技術(shù)可以通過自動化數(shù)控設(shè)備對其能量輸出進行控制，避免由于熱量過高而對焊接物體的內(nèi)部造成損壞。激光焊接技術(shù)還具有節(jié)省材料、污染度較低等特點。傳統(tǒng)方法在對物體進行焊接時，不僅需要使用焊條，還會導(dǎo)致其在焊接過程中造成嚴重污染。此外，利用激光焊接技術(shù)對各類材料進行焊接不需要制造真空環(huán)境，可以有效節(jié)省人力，降低成本。利用激光焊接技術(shù)對二維碼進行加工時，要將需要焊接的材料擺放至激光焊接區(qū)域，使用遠程操縱儀器對二維碼材料進行焊接。

4 高速激光微加工在二維碼打標行業(yè)中的應(yīng)用優(yōu)勢

4.1 光束質(zhì)量好

高速激光微加工技術(shù)具有光束質(zhì)量好的特點。二維碼打標行業(yè)中使用的高速激光微加工技術(shù)使用了光纖工藝，因此其高速激光的光束質(zhì)量將遠高于常規(guī)激光光束。通過對光纖工藝的應(yīng)用，可以有效避免其高速激光在微加工過程中由于光束震蕩所產(chǎn)生的發(fā)熱現(xiàn)象，因此在高速激光中加入光纖工藝不僅可以有效提升高速激光的使用壽命，也可以降低其散熱及維護維修成本。高速激光光束質(zhì)量好不僅可以有效提升其在二維碼打標行業(yè)中的微加工效率，還可以避免其在對二維碼進行微加工過程中出現(xiàn)對二維碼整體結(jié)構(gòu)造成一定損壞的問題，可以有效降低加工成本，使其獲取更加豐厚的利潤。

4.2 光束形狀可控

二維碼達標行業(yè)中應(yīng)用的高速激光微加工技術(shù)具有光束形狀可控的優(yōu)勢。二維碼打標行業(yè)不僅需要高速激光微加工具有較強的精準性，還需要對其光束形狀進行控制，進而實現(xiàn)對二維碼的精準微加工。使高速激光具有光束形狀可控的主要原因是其高速激光微加工技術(shù)中加入了自動化數(shù)控技術(shù)。通過應(yīng)用自動化數(shù)控技術(shù)可以對高速激光中光束粒子的排列狀況進行控制，從而方便其對光束形狀進行控制。此外，自動化數(shù)控技術(shù)在高速激光微加工中的應(yīng)用也可以有效提升高速激光微加工技術(shù)的精準度。

4.3 效率高

高速激光微加工技術(shù)在二維碼打標行業(yè)中的應(yīng)用具有效率高的優(yōu)勢，這一優(yōu)勢的主要原因有以下幾點：一是由于高速激光具有穿透性強的特點，在使用高速激光對二維碼進行微加工時可以有效提升其切割及鉆孔效率。二是由于其高速激光的穿透性較強，在對二維碼進行加工時可以一次性對多個二維碼進行加工處理，從而有效提升其加工效率。高速激光微加工技術(shù)中使用了新型光能轉(zhuǎn)化器，其可以有效提升電能向光能的轉(zhuǎn)換效率。高速激光加工技術(shù)對二維碼加工效率的影響如圖3所示。

圖3 高速激光加工技術(shù)對二維碼加工效率的影響Fig.3 Effect of high speed laser processing technology on two-dimensional code processing efficiency

4.4 成本低

高速激光微加工技術(shù)在二維碼打標行業(yè)中的應(yīng)用具有成本低的特點。高速激光發(fā)射設(shè)備中應(yīng)用了大量的光纖技術(shù)，其在對二維碼等材料進行微加工時可以有效避免激光發(fā)射設(shè)備出現(xiàn)溫度過高的現(xiàn)象，有效提升其使用壽命。在高速激光發(fā)射設(shè)備中對光纖技術(shù)進行應(yīng)用可以降低其水冷設(shè)備的使用成本。使用高速激光微加工技術(shù)對二維碼進行加工時，可以避免由于刀頭損壞而造成其加工成本的提升，有效降低其加工過程中的維護成本及加工成本。

5 高速激光微加工在二維碼打標行業(yè)的高速加工應(yīng)用

5.1 激光微調(diào)

激光微調(diào)技術(shù)是使用自動化電控設(shè)備對高速激光進行控制，對二維碼主體結(jié)構(gòu)中的某一點進行測距，當其距離數(shù)據(jù)與預(yù)定數(shù)據(jù)不符時，那么自動化電控設(shè)備會控制高速激光對其進行微加工，從而使其得以完全符合預(yù)定數(shù)據(jù)。激光微調(diào)與傳統(tǒng)二維碼打標行業(yè)中常用的人工微調(diào)及機械微調(diào)相比，不但精準度更高，且加工效率也更快。激光微加工圖如圖4所示。

圖4 激光微加工示意圖Fig.4 Schematic diagram of laser micromachining

當前，通過對高速激光微加工中使用的電阻及其相關(guān)配件進行升級，激光微調(diào)技術(shù)在二維碼微加工中的進度已經(jīng)可以達到0.01%。另外，通過對其激光微調(diào)中使用的薄膜點組及電容等配件進行微調(diào)，還可以進一步對其精準度等數(shù)據(jù)進行調(diào)整。

5.2 激光劃片

激光劃片技術(shù)是通過對高速激光進行聚焦，利用其高速激光束的高亮度與高相干性等特性產(chǎn)生高溫，使材料出現(xiàn)部分融化，進而形成凹槽，實現(xiàn)對材料的微加工。與傳統(tǒng)的劃片方式不同的是，激光劃片屬于非接觸加工，即其在對材料進行加工時不會與材料進行接觸而對材料造成一定的損傷。在二維碼打標行業(yè)中時常需要對二維碼進行微加工，從而使其溝槽更加明顯，方便用戶對其進行使用。然而，傳統(tǒng)的機械劃片在對二維碼進行微加工時存在加工不準確的問題，其在加工過程中還會對二維碼的主體結(jié)構(gòu)進行擠壓，使其主體出現(xiàn)損壞。為了避免出現(xiàn)上述問題，可以利用高速激光對二維碼進行微加工。由于高速激光不僅具有精準定位的特點，利用高速激光對二維碼進行微加工時也不需要對其主體結(jié)構(gòu)進行擠壓，因此利用高速激光微加工技術(shù)可以有效提升二維碼打標行業(yè)中高速加工的產(chǎn)品質(zhì)量。

5.3 激光精密焊接

激光精密焊接的原理是利用高速激光束中的輻射對需要進行加工的材料表面進行加熱，并將其熱量傳導(dǎo)至材料內(nèi)部，從而實現(xiàn)對加工材料的融化與焊接。激光精密焊接最大的優(yōu)勢是通過對激光能量進行控制，對其精準度進行調(diào)節(jié)，同時還可以對激光脈沖的寬度、能量及峰值與重復(fù)頻率等進行控制。二維碼打標行業(yè)有時不僅需要對二維碼進行切割與劃片，還需要對二維碼進行精密焊接，但傳統(tǒng)的焊接技術(shù)無法實現(xiàn)對二維碼的精密焊接，因此在對二維碼進行焊接時應(yīng)使用高速激光。與傳統(tǒng)的焊接技術(shù)相比，激光精密焊接具有精密焊接的特點，不會對其周邊造成影響。使用激光精密焊接還可以有效避免焊接過程中產(chǎn)生的污染性氣體，避免對其周邊生態(tài)環(huán)境造成污染。例如：手機元件的二維碼加工中廣泛對高速激光精密焊接技術(shù)進行了應(yīng)用，這是由于傳統(tǒng)的機械焊接技術(shù)不僅會直接影響二維碼加工的精準度，還會對手機元件造成一定程度的損壞，為避免出現(xiàn)這一問題，在手機元件的二維碼加工中應(yīng)用了高速激光精密焊接技術(shù)。

5.4 激光精確打標

激光打標是現(xiàn)代化標記方法之一，其主要使用高速激光對二維碼進行照射，使其材料表面的部分物質(zhì)出現(xiàn)蒸發(fā)現(xiàn)象，使二維碼表面出現(xiàn)變色、模糊及雕刻樣式等，方便用戶對其進行記憶。傳統(tǒng)的二維碼快速加工中，二維碼打標往往使用機械打標方式，但機械打標過程不僅會產(chǎn)生嚴重的噪聲，還會對二維碼主體結(jié)構(gòu)造成一定的損壞。為了避免這一問題，當前二維碼快速加工中往往會使用激光技術(shù)進行打標。與傳統(tǒng)的機械式打標相比，高速激光精確打標不僅具有打標準確及效率高等優(yōu)點，加工過程也不會出現(xiàn)噪聲，影響周邊居民的正常生活，此外激光精確打標還具有加工成本低的優(yōu)勢。

例如：在智能手機配件及電子元器件的加工中廣泛使用了高速激光微加工技術(shù)，從而實現(xiàn)了對二維碼打標的微加工。手機市場競爭較為激烈，為加強對客戶手機質(zhì)量的保障，華為、蘋果等多個手機廠商在生產(chǎn)其配件及電子元件的過程中均會對其電子元件及生產(chǎn)配件表面進行二維碼打標。但傳統(tǒng)的二維碼打標技術(shù)會對智能手機的電子元件造成嚴重的損害，為避免這一問題，手機生產(chǎn)廠商選用了高速激光微加工技術(shù)，對電子元件進行了精確打標及細致加工。

6 結(jié)語

高速激光微加工在二維碼打標行業(yè)中的高速應(yīng)用是時代發(fā)展的必然趨勢，指出了二維碼打標行業(yè)中高速激光微加工技術(shù)的優(yōu)勢，介紹了該行業(yè)發(fā)展中的各項激光技術(shù)。高速激光微加工技術(shù)在二維碼打標行業(yè)中的應(yīng)用能夠在很大程度上促進該行業(yè)的發(fā)展，在提高打標產(chǎn)業(yè)打標工藝的基礎(chǔ)上提高加工效率，為二維碼打標行業(yè)未來發(fā)展奠定良好的技術(shù)基礎(chǔ)。分析了高速激光微加工技術(shù)在二維碼打標產(chǎn)業(yè)中的高速加工應(yīng)用，進一步提升了二維碼打標行業(yè)對該技術(shù)的重視。