定义
一组用激光标记材料的方法。
激光打标是使用激光标记各种物体的常用方法。 激光打标的原理是激光束以某种方式改变它所击中的表面的光学外观，或烧蚀某些材料。 打标工艺是激光材料加工方法的一个特定子组。
激光打标的应用
激光打标的应用种类繁多，经过几十年的发展。
许多工业产品，如机床、印刷电路板（PCB）、集成电路、电缆、键盘按钮、信用卡、食品包装和瓶子，都需要配备某些标签，如型号和序列号、徽标、条形码、“待使用”日期等。 通常，每个零件的这些标签的细节需要不同，因此无法选择简单的冲压。
通常，需要添加可追溯的信息以进行质量控制。 例如，用于光伏电池或电子产品的硅晶片可以配备指示它们从哪个球块切割以及在什么位置切割。 这样，可以追溯可能的问题，以便更快地识别和解决它们。
与喷墨打印和机械打标等其他打标技术相比，激光打标具有许多优点，例如非常高的处理速度，低运营成本（不使用耗材），始终如一的高质量和结果的耐用性，避免污染，能够写入非常小的特征，以及非常高的自动化灵活性。 但是，它通常需要相对昂贵的激光打标机。
技术细节
使用的机制
可以使用多种机制来标记表面。 这些可以细分为以下几组：
- 激光雕刻：可以使用激光在一定程度上烧蚀表面，通常深度低于 100 μm，但有时更多。 与其他方法（见下文）相比，处理深度通常需要更高才能获得足够清晰的视觉外观。
- 去除表面层：可以通过烧蚀先前存在的表面层来改变表面的外观，例如可以是氧化层（例如阳极氧化铝）或油漆涂层。
- 表面修改：有许多方法可以修改表面，使其视觉外观发生变化。
激光诱导表面改性的例子有：
- 金属表面可以通过短时间加热表面引起的薄氧化层的形成而获得有色外观。
- 有工业激光添加剂，可以通过激光辐射活化或漂白。
- 许多聚合物（塑料）由于碳化（轻微燃烧）而变黑和激光辐射;类似的效果发生在纸张、纸板和木材上。
- 许多聚合物在激光加热时膨胀，然后变得更轻。
- 在其他情况下，会形成表面结构或小气泡。
此外，还有一些标记方法可以在透明材料的体积中工作。 例如，人们可以使用紧密聚焦的激光脉冲在玻璃上产生微小的斑点。 在这里，人们利用激光诱导的击穿，通常与非线性自聚焦相结合。
扫描和掩版方法
通过在工件表面上适当地移动激光束，可以形成标记图案。 对此有根本不同的方法：
- 使用矢量方法可实现最佳质量，其中激光束例如穿过字母和数字的轮廓。
- 对于图形模式，有时更合适的是系统地扫描整个区域，同时禁用该区域部分的激光。
应用这种方法需要某种激光扫描仪。 通常，人们使用f-theta扫描透镜，因此焦点位置都在平面上，而不是在曲面上。
基于掩模的方法有其自身的优势，但灵活性较低，不再广泛使用。
另一种方法是使用合适的掩模在一次拍摄中生成整个标签，放置在光束路径中的合适位置，以便将掩模特征成像到工件上。 然而，后一种方法需要制造合适的面具，这意味着图案不能在一块之间改变。 此外，口罩往往会磨损，需要定期更换。 另一方面，如果掩模也足够坚固，与足够强大的激光源结合使用，可以非常快速地产生整个图案。 然而，趋势似乎是扫描方法的使用越来越多。 他们更大的灵活性是其中一个主要原因。
激光打标机
图1：特鲁马克激光打标站。这张照片由通快激光公司提供。
典型的激光打标机包含一个脉冲固态激光器、一个紧凑的光束传输系统以及可能的辅助物品，例如用于去除烟雾的辅助物品。 它们还需要一些插入和对齐要标记的部件的方法，或者有时是自动移动和对齐机械。 在某些工业环境中，材料在沿着打标机快速移动时被标记为“动态”。 为了提高激光安全性，一些打标机被封装，仅在其前门（用于供应工件）关闭时工作。
塑料材料，木材，纸板，纸张，皮革和亚克力通常用相对低功率的密封标记一氧化碳2激光器. 在这里，人们通常可以使用连续波操作。
对于金属表面，一氧化碳2激光不太适合，因为它们在长波长（约 10 μm）下的吸收很小;激光波长例如在1μm区域，例如可以使用灯或二极管泵浦Nd：YAG激光器（通常为Q开关）或光纤激光器获得，更合适。
用于打标的典型激光平均功率约为 10 至 100 W。 一些吞吐量特别高的机器以更高的功率工作。
较短的波长（例如532 nm），例如通过YAG激光器的倍频获得的波长可能是有利的，但这种光源并不总是具有经济竞争力。 倍频不仅增加了运营商的成本，而且在数量级50%的有限效率下工作;降低的脉冲能量比较短补偿了较短波长的一些优点。 然而，对于金等在1μm光谱区域吸收率太低的金属的打标，短激光波长是必不可少的。
准分子激光器是一种脉冲紫外激光器，在特殊情况下需要，例如用于玻璃和陶瓷。
对激光打标的要求
用于打标应用的激光器必须满足许多要求。 一些典型的是：
- 激光波长应使标记材料中达到足够的吸收。 请注意，加工过程中强烈增加的吸收（异常吸收）通常不能用于激光打标，因为施加的强度相当适中。
- 工件上必须达到一定的光学峰值强度或能量。 打标过程通常表现出一定的阈值，低于该阈值即使使用多个脉冲也无法获得令人满意的结果。 （该阈值在很大程度上取决于所使用的物理机制。 因此需要一些合适的峰值功率或脉冲能量与聚焦处的光束半径组合，并且脉冲持续时间也有一定的影响。 实现高分辨率还需要紧密聚焦，再加上合理的工作距离，这意味着需要足够高的光束质量。 在某些情况下，所用光束的有效瑞利长度有限，因此有必要使用三维定位，确保焦点在工件上。
- 为了快速加工，激光器需要提供足够高的脉冲重复率，这与脉冲能量一起意味着一定的平均功率。 （在某些情况下，Q开关激光器的重复率受到可能的平均功率的限制，在其他情况下，则受到激光动力学或可实现的脉冲持续时间的限制。
- 在某些情况下，必须关闭Q开关脉冲序列一定的时间间隔，以便将激光头移动到另一个重新开始打标的位置。 这种切换通常会引入第一个脉冲具有较高能量的问题，这会破坏标记质量。 一些激光器配备了第一脉冲抑制装置，以避免此类问题。
- 激光设置应紧凑，不需要复杂的冷却装置。 空气冷却是优选的，并且通常是可能的，因为处理的平均功率适中（例如几十瓦）。
- 拥有成本必须适中 - 不仅在安装成本方面，而且在使用寿命和维护方面。
- 由于工业环境可能很恶劣，因此坚固的激光设计对于可靠运行至关重要。 例如，激光应承受一定程度的机械振动和激光的背反射。
根据具体情况，不同类型的激光器可能最适合打标应用。 例如，当高脉冲重复率（> 100 kHz）很重要时，调Q钒酸盐激光器可能更胜一筹。光纤激光器，在这种情况下实际上是主振荡器功率放大器（MOPA）系统，在脉冲重复率和脉冲序列中断方面非常灵活，但通常以较低的脉冲能量和峰值功率发射更长的脉冲。 CO2激光在长波长适用的情况下可能更胜一筹——最常见的是用于非金属材料。
