高速激光微加工在二維碼打標(biāo)行業(yè)的高速加工應(yīng)用

李峰西，索海生，邢振宏，高 凱

(濟(jì)南森峰激光科技股份有限公司，濟(jì)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(qiáng)穿透力及精準(zhǔn)度，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位、高速鉆孔。激光鉆孔技術(shù)可以利用計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)對(duì)需要鉆孔的材料進(jìn)行定位，利用高速激光對(duì)該材料進(jìn)行鉆孔。激光鉆孔技術(shù)利用高速激光中粒子的強(qiáng)穿透性實(shí)現(xiàn)了對(duì)相關(guān)材料的鉆孔。工作人員使用激光鉆孔技術(shù)對(duì)相關(guān)材料進(jìn)行鉆孔時(shí)高速激光粒子會(huì)以極快的速度對(duì)該材料進(jìn)行沖擊，從而實(shí)現(xiàn)鉆孔。當(dāng)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(guó)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(shí)現(xiàn)對(duì)0.01 mm左右的孔徑進(jìn)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(zhǔn)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(zhǔn)度示意圖Fig.2 Schematic diagram of precision of high speed laser micromachining

經(jīng)過(guò)激光鉆孔后材料結(jié)構(gòu)并不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷，材料表面也不會(huì)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(guò)程中不僅需要切割技術(shù)具有較高的精準(zhǔn)性，還需要避免該切割技術(shù)在微加工過(guò)程中對(duì)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(dòng)化數(shù)控技術(shù)進(jìn)行輔助，具有高穿透、高精準(zhǔn)度等特點(diǎn)，其在對(duì)二維碼等進(jìn)行微加工過(guò)程中可以有效實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)加工，避免其對(duì)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(guò)程中，其切割用具為高速激光束，不會(huì)對(duì)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(rùn)。二維碼加工行業(yè)中可以利用計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)對(duì)需要進(jìn)行切割的材料及其切割位置進(jìn)行定位，完成這一步驟后通過(guò)遠(yuǎn)程控制設(shè)備，對(duì)高速激光設(shè)備進(jìn)行啟動(dòng)，使用高速激光實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)需要進(jìn)行焊接的材料進(jìn)行加熱，方便工作人員對(duì)其進(jìn)行焊接處理。高速激光使用過(guò)程中，其粒子會(huì)高速運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生極高的溫度，利用這一溫度可實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)材料的焊接。使用激光技術(shù)對(duì)材料進(jìn)行焊接時(shí)，要將其對(duì)準(zhǔn)需要焊接的材料，通過(guò)發(fā)射高速粒子從而產(chǎn)生較高的溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)材料的焊接。使用激光焊接過(guò)程中，不僅可以對(duì)其熱量進(jìn)行控制，還可以對(duì)其激光束的寬度等參數(shù)進(jìn)行控制，更好地對(duì)一些細(xì)小物體進(jìn)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(guò)自動(dòng)化數(shù)控設(shè)備對(duì)其能量輸出進(jìn)行控制，避免由于熱量過(guò)高而對(duì)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(diǎn)。傳統(tǒng)方法在對(duì)物體進(jìn)行焊接時(shí)，不僅需要使用焊條，還會(huì)導(dǎo)致其在焊接過(guò)程中造成嚴(yán)重污染。此外，利用激光焊接技術(shù)對(duì)各類材料進(jìn)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(duì)二維碼進(jìn)行加工時(shí)，要將需要焊接的材料擺放至激光焊接區(qū)域，使用遠(yuǎn)程操縱儀器對(duì)二維碼材料進(jìn)行焊接。

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

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(diǎn)。二維碼打標(biāo)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(yuǎn)高于常規(guī)激光光束。通過(guò)對(duì)光纖工藝的應(yīng)用，可以有效避免其高速激光在微加工過(guò)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(hù)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(biāo)行業(yè)中的微加工效率，還可以避免其在對(duì)二維碼進(jìn)行微加工過(guò)程中出現(xiàn)對(duì)二維碼整體結(jié)構(gòu)造成一定損壞的問(wèn)題，可以有效降低加工成本，使其獲取更加豐厚的利潤(rùn)。

4.2 光束形狀可控

二維碼達(dá)標(biāo)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(shì)。二維碼打標(biāo)行業(yè)不僅需要高速激光微加工具有較強(qiáng)的精準(zhǔn)性，還需要對(duì)其光束形狀進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)二維碼的精準(zhǔn)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(dòng)化數(shù)控技術(shù)。通過(guò)應(yīng)用自動(dòng)化數(shù)控技術(shù)可以對(duì)高速激光中光束粒子的排列狀況進(jìn)行控制，從而方便其對(duì)光束形狀進(jìn)行控制。此外，自動(dòng)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(zhǔn)度。

4.3 效率高

高速激光微加工技術(shù)在二維碼打標(biāo)行業(yè)中的應(yīng)用具有效率高的優(yōu)勢(shì)，這一優(yōu)勢(shì)的主要原因有以下幾點(diǎn)：一是由于高速激光具有穿透性強(qiáng)的特點(diǎn)，在使用高速激光對(duì)二維碼進(jìn)行微加工時(shí)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(qiáng)，在對(duì)二維碼進(jìn)行加工時(shí)可以一次性對(duì)多個(gè)二維碼進(jìn)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(duì)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(duì)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(biāo)行業(yè)中的應(yīng)用具有成本低的特點(diǎn)。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(duì)二維碼等材料進(jìn)行微加工時(shí)可以有效避免激光發(fā)射設(shè)備出現(xiàn)溫度過(guò)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(duì)光纖技術(shù)進(jìn)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(duì)二維碼進(jìn)行加工時(shí)，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(guò)程中的維護(hù)成本及加工成本。

5 高速激光微加工在二維碼打標(biāo)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(dòng)化電控設(shè)備對(duì)高速激光進(jìn)行控制，對(duì)二維碼主體結(jié)構(gòu)中的某一點(diǎn)進(jìn)行測(cè)距，當(dāng)其距離數(shù)據(jù)與預(yù)定數(shù)據(jù)不符時(shí)，那么自動(dòng)化電控設(shè)備會(huì)控制高速激光對(duì)其進(jìn)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(biāo)行業(yè)中常用的人工微調(diào)及機(jī)械微調(diào)相比，不但精準(zhǔn)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(dāng)前，通過(guò)對(duì)高速激光微加工中使用的電阻及其相關(guān)配件進(jìn)行升級(jí)，激光微調(diào)技術(shù)在二維碼微加工中的進(jìn)度已經(jīng)可以達(dá)到0.01%。另外，通過(guò)對(duì)其激光微調(diào)中使用的薄膜點(diǎn)組及電容等配件進(jìn)行微調(diào)，還可以進(jìn)一步對(duì)其精準(zhǔn)度等數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。

5.2 激光劃片

激光劃片技術(shù)是通過(guò)對(duì)高速激光進(jìn)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(jìn)而形成凹槽，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)材料進(jìn)行加工時(shí)不會(huì)與材料進(jìn)行接觸而對(duì)材料造成一定的損傷。在二維碼打標(biāo)行業(yè)中時(shí)常需要對(duì)二維碼進(jìn)行微加工，從而使其溝槽更加明顯，方便用戶對(duì)其進(jìn)行使用。然而，傳統(tǒng)的機(jī)械劃片在對(duì)二維碼進(jìn)行微加工時(shí)存在加工不準(zhǔn)確的問(wèn)題，其在加工過(guò)程中還會(huì)對(duì)二維碼的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行擠壓，使其主體出現(xiàn)損壞。為了避免出現(xiàn)上述問(wèn)題，可以利用高速激光對(duì)二維碼進(jìn)行微加工。由于高速激光不僅具有精準(zhǔn)定位的特點(diǎn)，利用高速激光對(duì)二維碼進(jìn)行微加工時(shí)也不需要對(duì)其主體結(jié)構(gòu)進(jìn)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(biāo)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(duì)需要進(jìn)行加工的材料表面進(jìn)行加熱，并將其熱量傳導(dǎo)至材料內(nèi)部，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)加工材料的融化與焊接。激光精密焊接最大的優(yōu)勢(shì)是通過(guò)對(duì)激光能量進(jìn)行控制，對(duì)其精準(zhǔn)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)還可以對(duì)激光脈沖的寬度、能量及峰值與重復(fù)頻率等進(jìn)行控制。二維碼打標(biāo)行業(yè)有時(shí)不僅需要對(duì)二維碼進(jìn)行切割與劃片，還需要對(duì)二維碼進(jìn)行精密焊接，但傳統(tǒng)的焊接技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)二維碼的精密焊接，因此在對(duì)二維碼進(jìn)行焊接時(shí)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(diǎn)，不會(huì)對(duì)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(guò)程中產(chǎn)生的污染性氣體，避免對(duì)其周邊生態(tài)環(huán)境造成污染。例如：手機(jī)元件的二維碼加工中廣泛對(duì)高速激光精密焊接技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用，這是由于傳統(tǒng)的機(jī)械焊接技術(shù)不僅會(huì)直接影響二維碼加工的精準(zhǔn)度，還會(huì)對(duì)手機(jī)元件造成一定程度的損壞，為避免出現(xiàn)這一問(wèn)題，在手機(jī)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(biāo)

激光打標(biāo)是現(xiàn)代化標(biāo)記方法之一，其主要使用高速激光對(duì)二維碼進(jìn)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(duì)其進(jìn)行記憶。傳統(tǒng)的二維碼快速加工中，二維碼打標(biāo)往往使用機(jī)械打標(biāo)方式，但機(jī)械打標(biāo)過(guò)程不僅會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的噪聲，還會(huì)對(duì)二維碼主體結(jié)構(gòu)造成一定的損壞。為了避免這一問(wèn)題，當(dāng)前二維碼快速加工中往往會(huì)使用激光技術(shù)進(jìn)行打標(biāo)。與傳統(tǒng)的機(jī)械式打標(biāo)相比，高速激光精確打標(biāo)不僅具有打標(biāo)準(zhǔn)確及效率高等優(yōu)點(diǎn)，加工過(guò)程也不會(huì)出現(xiàn)噪聲，影響周邊居民的正常生活，此外激光精確打標(biāo)還具有加工成本低的優(yōu)勢(shì)。

例如：在智能手機(jī)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(shí)現(xiàn)了對(duì)二維碼打標(biāo)的微加工。手機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)較為激烈，為加強(qiáng)對(duì)客戶手機(jī)質(zhì)量的保障，華為、蘋果等多個(gè)手機(jī)廠商在生產(chǎn)其配件及電子元件的過(guò)程中均會(huì)對(duì)其電子元件及生產(chǎn)配件表面進(jìn)行二維碼打標(biāo)。但傳統(tǒng)的二維碼打標(biāo)技術(shù)會(huì)對(duì)智能手機(jī)的電子元件造成嚴(yán)重的損害，為避免這一問(wèn)題，手機(jī)生產(chǎn)廠商選用了高速激光微加工技術(shù)，對(duì)電子元件進(jìn)行了精確打標(biāo)及細(xì)致加工。

6 結(jié)語(yǔ)

高速激光微加工在二維碼打標(biāo)行業(yè)中的高速應(yīng)用是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)，指出了二維碼打標(biāo)行業(yè)中高速激光微加工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，介紹了該行業(yè)發(fā)展中的各項(xiàng)激光技術(shù)。高速激光微加工技術(shù)在二維碼打標(biāo)行業(yè)中的應(yīng)用能夠在很大程度上促進(jìn)該行業(yè)的發(fā)展，在提高打標(biāo)產(chǎn)業(yè)打標(biāo)工藝的基礎(chǔ)上提高加工效率，為二維碼打標(biāo)行業(yè)未來(lái)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(biāo)產(chǎn)業(yè)中的高速加工應(yīng)用，進(jìn)一步提升了二維碼打標(biāo)行業(yè)對(duì)該技術(shù)的重視。