對于工具、工件和組件進行激光標刻加工，具有很多方面的應(yīng)用優(yōu)勢。這種加工方式可產(chǎn)生恒久的標刻表面，其工藝靈活多樣，不僅安全可靠，而且十分環(huán)保；它不僅能夠在平面、曲面以及形狀怪異的物體上游刃有余，而且適合在各種不同材料，甚至在其它標刻加工可能造成破損的材料上使用。 激光標刻是一種非接觸式的熱加工方法，它根據(jù)激光束所產(chǎn)生的熱量摧毀工件表面的部分材料。顧名思義，從“激光，Laser”這個英文縮寫詞的本義 (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，受激輻射式光頻放大器) 可知，激光是以高強度激光束的形式來吸收和發(fā)射能量、繼而實現(xiàn)光頻放大的。 各種激光系統(tǒng)都包括某種受激介質(zhì)，這種介質(zhì)的原子可被激發(fā)而產(chǎn)生自發(fā)光。 受激介質(zhì)可以是某種混合氣體——比如二氧化碳或氦氖氣體；可以是半導體基材——比如激光二極管；可以是液體染料激光；也可以是某種晶體——比如釹-釔鋁石榴石 (Nd:YAG)、釹-氟化釔鋰晶體(Nd:YLF)或紅寶石。激光還具有一種稱為泵浦的激發(fā)能量源，也即介質(zhì)的原子。泵浦源通常以放電方式工作，采用高強度的光源或來自其它激光器的光束。 固體釹-釔鋁石榴石激光可在各種金屬與非金屬材料的標刻加工中使用，而且通常都采用光束控制型激光標刻。系統(tǒng)的控制 為了達到要求的效果，光束控制型釹-釔鋁石榴石激光標刻系統(tǒng)提供了多種熱反應(yīng)控制方式供操作者選用，既能采用手動操作，也可以利用計算機進行控制。 通過增加或降低氪弧燈的電流，可以調(diào)節(jié)激光輸出的功率。隨著電流的改變，激光輸出功率和增益率也會相應(yīng)地發(fā)生變化。 釹-釔鋁石榴石激光系統(tǒng)的組成一旦以激勵燈電流建立一定的光頻放大總量之后，操作人員就可以用Q開關(guān)調(diào)節(jié)激光的脈沖頻率。Q開關(guān)能有效地把激光輸出分割成脈沖光束。理解這一現(xiàn)象的最佳途徑，是把Q開關(guān)激光看成是一個“光學電容器”。激光的能量在不發(fā)射光束的各脈沖之間得到儲存，這與電容器十分相似。 如果采用Q開關(guān)的脈沖式激光，那么輸出的脈沖光束之中包含了絕大部分儲存的能量。 如果將脈沖頻率設(shè)為低頻 (1kHz)，則相鄰脈沖之間充電時間長，因而產(chǎn)生的峰值脈沖功率相當高，而脈沖寬度非常窄 (約為 100 毫微秒)。如果將脈沖頻率提高到10 kHz，則由于相鄰脈沖之間充電時間的縮短而降低了峰值功率。 低頻、大功率的峰值脈沖可迅速升高工件表面的溫度，材料即刻就氣化蒸發(fā)，僅有極少熱量傳導到零件的內(nèi)部。激光脈沖頻率越高，產(chǎn)生的峰值功率就越低；這樣的話，如果材料發(fā)生氣化現(xiàn)象，就會形成更多的熱傳導。與此同時，在給定時間內(nèi)，如果有更多的脈沖，那么加工表面的熱傳導也會上升。 Q開關(guān)的脈沖頻率可能是熱加工最重要的控制變量。脈沖頻率可隨激發(fā)光電流的變化，實現(xiàn)手動或部分程控的功能。當激光的輸出功率與激發(fā)光的電流和脈沖頻率相匹配之后，操作者就必須確定光束的移動速度——即標刻的速度。 理想條件下的每一種生產(chǎn)應(yīng)用，都需要以最大的速度運行，以獲得最高的產(chǎn)量。而對于激光標刻來說，光束的移動速度是熱加工的另一個重要變量，必須加以正確設(shè)置，以獲得要求的加工效果。 深度標刻的典型深度在 0.002 英寸以上，必須以多個激光脈沖射到標刻線的每一點上，才能達到所需的加工深度。為此，就必須降低激光束的行進速度。如需進行淺標刻，則可增大移動速度、乃至達到系統(tǒng)的最大值。此時，脈沖頻率設(shè)定值將呈現(xiàn)相應(yīng)的熱擴散性，最終的標刻效果可能無法達到美觀的要求。一般的應(yīng)用規(guī)則是，激光脈沖至少應(yīng)具有 50% 的重疊率，被加工表面才會形成一條連續(xù)的標刻線。 由 Telesis Technologies 公司 (網(wǎng)址：www.telesis.com) 所開發(fā)的 Express10EV激光系統(tǒng) (見上圖)，可以在高反射硅片上雕刻 高分辨率的纖細文字。材料因素 釹-釔鋁石榴石激光能兼容各種激光標刻材料。某些材料的特性會影響標刻加工的效果，這些特性包括反射率、吸收特性、導熱性、工件的顏色和表面光潔度。 激光必須被吸收，才能產(chǎn)生熱量。如果被加工的材料對激光具有很強的反射性，就需要增大激光的功率，降低脈沖頻率，從而獲得更高的峰值功率。另外，還可以降低光束移動的速度。 對于反光性材料，可能就根本無法進行標刻加工。 多數(shù)的金屬材料都可以吸收釹-釔鋁石榴石激光，其波長為 1.06 毫米，因而很容易進行標刻加工。金的反射性很強，因而需要更大功率的激光。有的有機材料（比如木材和紙張），幾乎能 100% 反射光線，因此無法標刻。激光的種類 密封型二氧化碳激光：采用表面變色方式，標刻成本較低。適用于塑料、涂料漆、油墨、陶瓷和其它非金屬材料。 Stab二氧化碳激光：適用于非金屬材料表面的深層修整。 二極管泵浦釹-釔鋁石榴石固體激光器 (DPSS)：光束質(zhì)量高，脈沖穩(wěn)定性好。適用于細小字的深度透雕。 脈沖摻釹-釔鋁石榴石激光：非常高的峰值脈沖功率，可用于深度標刻和寬幅標刻。 三倍頻釹-釔鋁石榴石激光：屬于紫外線波段，可產(chǎn)生微雕所需的最窄線寬；具有多種特種材料所需的最適宜波長。 二倍頻釹-釔鋁石榴石激光：屬于綠色可見光波段，適用于細線寬的小字雕刻；最適用于金、多種合成材料和塑料。 Q開關(guān)釹-釔鋁石榴石激光：峰值功率高，脈沖寬度窄，適用于深度透雕/雕刻。最適用于多數(shù)金屬材料和許多非金屬材料。 如果存在反射率的問題，則采用二倍頻激光所獲得的標刻效果更好一些。這種激光的波長為 532 納米，屬于綠色可見光。采用波長為 10.6 微米 (遠紅外區(qū)域)的二氧化碳激光標刻系統(tǒng)，也能得到令人滿意的效果。 各種材料的吸收率都隨溫度而發(fā)生變化。由于激光標刻過程會升高材料的表面溫度，因而吸收率呈顯著增加的材料，就可能無法進行標刻加工。比方說，有些塑料具有較陡的吸收率-溫度曲線，因而幾乎就無法獲得美觀的標刻效果。激光束剛照射到這些材料上，表面溫度和熱量吸收率就急劇上升了。更糟糕的是，由于這些材料吸收了大量的能量，溫度迅速升高，因而造成熱量吸收率的進一步上升。 僅需毫秒級的片刻工夫，這些材料就發(fā)生了氣化蒸發(fā)。如果降低激光的功率，并嘗試補償和控制加工過程，就有可能使熱量無法被充分吸收，實現(xiàn)對初始溫升的控制，塑料對激光的照射就不會產(chǎn)生顯著的變化了。如果問題變得嚴重，則可以選擇二倍頻的釹-釔鋁石榴石激光或二氧化碳激光，以獲得更易于控制的吸收率-溫度曲線。 導熱性強的材料并非一概不能進行激光標刻，只是達到要求效果的難度更大一些。必須妥善調(diào)節(jié)激光的參數(shù)，以補償材料自身“散熱”的問題。