一 : 激光打孔的工业前景

打孔应用占据了整个激光材料加工应用市场约5%的份额。生产率的提高带来了与激光器（热打孔和烧蚀打孔）、光束处理、分光、以及工件处理方面等相关的几种打孔策略，所有这些都推动了工艺整体效率和生产率的提高。

需要打出穿透孔的应用主要有喷气发动机或气轮机中的冷却孔，动力总成部件的润滑孔，以及注射喷嘴孔，空气轴承和淋浴喷头上的孔等等。另外还有过滤网、筛子和动力总成分离器上的孔，用于食物及化工的设施，以及铸件上的排气孔等等。

盲孔被用于外科手术针，以及用于对易碎材料进行分割时预先采取的划刻阶段中，后者目前已经成为连接杆、轴承和陶瓷以及蓝宝石基底材料加工中的标准工序。其他的应用如：有助表面润滑的储油坑或医用植入体，以及用于晶体太阳能电池或半导体的接触式加工的新兴市场。本文主要介绍加工通孔直径在0.01到1.5mm之间，深度/直径之间的深径比在1到30之间。根据应用的不同，这些孔具有不同的几何外形，从圆柱体到圆锥体、槽形或特定外形。

图1(a)显示出不同应用对应的典型的圆柱几何外形和公差，根据每个工件所需要孔的数量不同而不同。

（www.61k.com)

图1(b)显示这些几何外形和公差依赖于固态激光器所能达到的生产率。这些数字代表了对激光打孔的定性分析。具体的副效应如热影响区（HAZ）、重铸、微裂纹，以及粗糙度或毛刺等都和打孔及生产策略有关。必须将这些副效应减到最小，以达到用户的要求，并能够同其他的钻孔技术（如EDM）相抗衡。

如今所面临的主要任务是将高生产率与对更高几何公差需求的不断增长相结合，同时减少加工中的副效应。其对应的合适技术和策略能部分地从图1(a)和图1(b)当中得到。从这些数字中很清楚可以看到存在这样一些应用领域，每个工件上只需打很少的孔，且打孔时间很短，这从系统工程角度来看，其送料和定位是相当具有挑战的。从另一方面来说，在费时的高深径比的孔加工中有必要采用有效的打孔策略，因为每个工件上需要打成百上千个孔。

工业激光打孔可分为单脉冲或冲孔，穿孔或螺旋打孔。脉冲固态激光器或调制/脉冲光纤激光被用于这些应用中，其脉冲间隔通常在微秒（热脉冲）到皮秒（非热脉冲）范围之间。从规律上看，更低质量要求和更高深径比的孔通常使用热脉冲加工。灯泵浦激光器能提供这类脉冲，其典型脉冲重复频率在5kHz以下。短脉冲激光可加工出高质量的孔，其重复频率一般在100kHz以上。

通过先进的光束导向技术，比如将快速精密旋转光学元件或振镜用于厚度小于1mm薄材料的加工，高速、逐层“周线”穿孔技术随着高辉度的半导体二极管泵浦固态激光或连续波模式光纤激光的应用也越来越流行了。但本文中不会详细讨论这些穿孔手段。

对于所有的热打孔工艺来说，生产率必须向质量妥协，尤其是在热效应可能产生的副作用（如重铸和微裂纹）的情况下。人们已经就脉冲形状和脉冲调制对于打孔效率和孔质量的影响进行了调查。这些调查的结果清晰地显示出对于热打孔来说，还存在改进的空间。

单脉冲打孔

直径在0.015到1.2mm之间的孔能通过使用灯泵浦脉冲工业Nd:YAG固态激光器加工出来，其M2值在3到60之间。图2 显示出一个定性的工作范围图，将生产率作为深径比和孔径的函数给出。该深径比为10的时候，已在图中标出。高频率功率激光器的生产率极限，则通过现有的脉冲重复频率标出。图2中的插图(a)显示的是一个0.5mm厚的不锈钢车用过滤器，具有最多1200个直径为0.05mm的孔。这些孔在2秒内加工完成。该生产率实现的前提是一个快速旋转的轴和其他的辅助手段（如支架），以实现重复的孔加工几何精度并避免毛刺。插图(b)是一个孔直径为0.25mm（深径比2.5）的不锈钢咖啡机零件，以每秒30个孔的速度进行打孔。插图(c)显示了一个活塞环，其0.7mm直径的孔是通过使用一台500瓦（脉冲峰值功率30kW）激光器，以30个孔/秒的速度加工出来。典型的公差在5%~10%之间。

激光打孔并不仅仅局限于圆孔，其他形状同样能通过合适的光学元件和激光束的配合加工出来。压缩空气（压力小于6bar）被用来作为在大多数应用中的加工气体。对于孔深度在0.5mm以下和孔直径在0.04mm以下的应用来说，可采用频率最高为5kHz的灯泵浦系统。即使更高的频率也可以通过调制的连续波光纤激光器或碟形激光器获得。对于生产率来说的两大限制分别是调制脉冲频率或光束扫描的速度，两者均应保持在图示椭圆形合理范围之内。

激光冲孔

为了方便我们把两种范围在图3中标注出来：一种是低深径比的孔，加工这种孔时，只需很少的脉冲（少于1孔/秒），另一种是深孔，例如加工涡轮叶片的孔加工时间大大超过1秒，需要多个脉冲，用标准的“起停”数控机或机械臂就足以完成了。在许多情况下，深孔的冲孔加工通常带来严重的重铸现象，其程度因材料而异。如果需要重铸现象低于直径的20%，穿孔则是更合适的选择。在生产率大于1孔/秒的应用领域内，可采用扫描式的冲孔：计算机数控或机械臂不断移动，在每个周期内只有一个脉冲被传递到孔所在的位置上，周期的数量取决于完成一个孔所需的冲孔脉冲数量。此类策略在加工燃烧腔之类的工件时可以应用，如图3(b)中所示。实验结果表明，打孔效率在热量散失的情况下会降低约10%。在静态的“起停”冲孔策略中，孔内温度非常高，这是由于热量补偿大于传导散热的累积效应。因此应该由操作人员来决定采用最有效的方法。

很明显的是，图3坐标中具有小于1.2mm直径和高深径比（>10）的孔，能通过静态的冲孔或穿孔模式获得，而燃烧腔这类的零件需要有数千个孔，低深径比（<4），使用飞行打孔是最有效率的。图3（c）显示的是冲孔在用于制作意大利香肠的食品级硬质金属碎肉器上的应用，这种食品的风味受孔直径大小的影响。

以非热冲孔（烧蚀）的打孔方式，采用纳秒和皮秒脉冲可产生直径小于0.2mm、深径比小于10的孔，带来更高的质量并降低热副效应。这些情况下，这些工业激光的平均功率有限，且加工时间并不令人满意。对于纳秒激光来说，合适的应用是空气轴承、节流阀，或晶体太阳能电池上的接触孔。

异型孔

异型孔越来越多了，一个人应该能区分它们与喷油嘴孔之间的区别，因为后者通过使用计算机数控或柔性光学加工头加工后呈圆锥形，就象那些在打螺旋孔和涡轮冷却孔时所获得的出口端为漏斗状的孔，相对圆柱状的孔，提升了相同气流的冷却能力。简单的圆锥外形能通过一束毫秒脉冲激光切割得到，而一些更复杂的外形则能通过纳秒激光烧蚀获得。

螺旋钻孔

螺旋钻孔用于圆柱形和圆锥形孔加工中，适合于要求几何公差小于2%且不允许重铸或热影响区等热副效应出现的场合，比如喷油嘴。即使结合一束M2>1.5的纳秒脉冲激光和精密的螺旋钻孔光路，包括附加的激光束旋转，仍然会产生可观察到的热副效应，而目前这对于终端用户来说是不可接受的。尽管不断有人试图证明皮秒激光的可用性，也不断听闻有相关领域的进步，但是目前其技术和工艺都还停留在不可工业化的阶段。

结论

使用单脉冲和冲孔的打孔策略，如采用来自灯泵浦固态激光器的脉冲或使用调制连续波碟形/光纤激光器，已经在生产质量和生产率两方面得到了证明。然而在一些应用中，尤其是在新材料和隔热涂层不断被开发出来的涡轮市场上，打孔技术仍然有需要改进的空间。脉冲成形或混合技术应该是更佳之选。高辉度激光能够在远程无气体穿孔的应用中找到一席之地。高功率皮秒脉冲激光束加上高动态和精度的光束导向技术将为加工小孔提供高效的解决方案，具有微乎其微的热副效应，但是仍需要进一步工业改良。

本文作者Ulrich Dürr (ulrich.duerr@lasag.ch) 来自瑞士Thun的LASAG 集团 。 (

二 : 激光打标机应用于LED行业的解决方案

中国是照明产品的生产和消费大国，据测算，中国照明用电约占全社会用电量的12%左右。(www.61k.com）基于我国人口众多，随着近年来国家经济水平发展如此迅猛，全国照明用电量巨大的同时也带来能源紧张和环境污染问题的思考。随着国家节能环保政策的出台，《中国淘汰白炽灯路线图》宣告传统白炽灯必然退出历史舞台。与此同时，LED照明产品的技术日趋成熟，喷码机在生产线上起着举足轻重的作用。喷码设备通过包装展现产品的独特个性，是企业赢得消费者的关键。为了防止同行业的仿冒和对区域销售进行有效管理，生产厂家会用科技含量较高的防伪手段来标识自己的产品。

现阶段，LED企业普遍使用墨水喷码机，一些问题不断凸显

1、传统的喷码设备的消耗大量的专用油墨，耗材用量大，成本过高；

2、喷码机经常会出现墨水堵塞喷头情况，需要专业维修人员；

3、产品样式单一，标记效果易擦除更改，影响产品公信力；

4、人们环保意识的不断增强拓广，对墨水的安全性和低污染性的要求越来越高。

通过博特激光深入调查，我们发现，以上问题主要源于目前广泛使用的墨水喷码机已经跟不上这个行业发展的步伐，而激光打标机设备标识以它独特的不可涂抹的防伪性在行业中得到了广泛的应用。

博特激光作为国内知名的激光设备制造商，不断专注激光打标机在LED行业中的应用，并提供全套的行业领先解决方案。

博特激光推出的最新自动化激光解决方案，能够帮助企业快速响应市场变化。方案突破了传统墨水喷码技术的规范性和单一性，创造出一种全新的标记方式，突出了产品的特色和品牌的差异性，提升了产品在日益竞争的市场中的竞争能力，同时为缩短产品升级换代周期，柔性生产提供了有力的工具。

博特激光通过对分析生产企业运营成本以及实例等，并在国内几家大的LED生产企业做了小范围的使用，在使用过程中通过对比墨水喷码机和激光打标机，让客户更清楚地了解LED行业的发展趋势。

LED行业二种解决方案介绍

一、墨水喷码机

墨水喷码机的原理是，喷头由多个高精密阀门组成，在喷字时，墨水依靠内部恒定压力喷出，在运动的表面形成字符或图形。

现如今，人类对环境保护及资源有效利用的认识，达到了一个空前的高度。最大限度地淘汰造成环境污染及资源浪费的落后设备生产工艺，已成为发达国 家及包括中国在内的大多数发展中国家的共识。“墨水喷码机”作为早期的喷码机，存在无法克服的高污染、高耗材、高故障、高维护四大难题，特别是其在使用时产生的化学污染，可对环境和操作人员造成伤害，逐渐跟不上行业发展的步伐。

1、墨水喷码机运用墨水和溶剂是高挥发性物质，会产生较多的化学有毒残留物，污染环境。

2、墨水喷码设备的消耗大量的专用油墨，耗材用量大，成本过高。

3、喷码机会因环境温湿度及灰尘的变化而堵塞喷头，故障率高。

4、更换喷头及其他附件费用高昂，需要专业维修人员。

二、激光打标机

激光打标技术相对于油墨喷码技术来说是一种更先进的技术。激光打标机在中国市场上的应用还刚开始，但发展的趋势迅猛。激光打标机极大地改善传统打码机存在的问题，提高设备的可靠性和灵活性，适合于各种金属、非金属材料。

激光打标机的工作原理是将激光以极高的能量密度聚集在被刻标的物体表面，在极短的时间内，将其表层的物质气化，并通过控制激光束的有效位移，精确地灼刻出精致的图案或文字，所以说激光打标是最绿色安全的打标设备。

激光打标机的优势主要有如下几个方面：

1、降低生产成本，减少耗材，提高生产效率；

2、防伪效果明显，激光打标技术可以有效的对产品标识假冒起到抑制作用；

3、有利于产品跟踪记录，激光打标机可以打出产品的批号生产日期，班次等。可以使每一件产品得到很好的跟踪性能；

4、增加附加值，可以使产品看上去档次更高。提升产品品牌的知名度；

5、设备可靠，激光标刻（打标）机具有成熟的工业设计，性能稳定可靠，可24小时连续工作，激光器免维护时间长达2万小时以上。温度适应范围宽（5℃—45℃），广泛适用于各LED行业流水线生产领域；

6、环保、安全，激光打标机不产生任何对人体和环境有害的化学物质。符合GB7247-87；GB10320-88标准。是环保型高科技产品；

7、激光打标机能在极小的范围内打印大量数据，激光能以极细的光束标刻在产品材料本身，打印精度极高，控制准确无误，清晰完美诠释了打印内容，具有极强的市场竞争力，并且环保安全，没有任何腐蚀性，彻底隔绝了化学污染，对于操作人员也是一种贴心的保护，保证了生产现场的干净整洁，减少了后期投入，减少了噪音污染。

博特激光加工全套解决方案，是在长期对LED行业加工的跟踪调查，并结合LED行业产品特点和激光特点的基础上形成的。根本目的在于如何帮助企业适应市场变化，最大限度的提高生产效率和生产质量，减少物料消耗，从而跟上该行业在国际市场中的快速发展。博特激光推出的解决方案，在硬件上运用最先进的技术，在软件上运用最先进的系统，将整个加工过程进行标准化的管理。

适合LED行业标记系统的激光设备

深圳市博特激光科技有限公司拥有大量研发专家和专业的工程师团队，在国内一直保持技术上的领先地位。目前，有上千台激光打标机设备运行在国内各企业和工厂的生产线上。

LED系列激光打标机是在不断完善前代的基础上，结合激光打标机技术开发的全新型号产品。

LED系列激光打标机主要用途是在LED灯、节能灯、灯头、灯座、灯杯等表面进行在线式标刻。在标刻过程中，产品在生产线上不停地流动，从而极大地提高了生产的效率，使激光打标机真正适应了工业生产的要求，基本覆盖了喷墨机的全部应用范围，并呈迅速上升的趋势。

博特激光开发的LED系列激光打标机，采用光纤激光器作为加工光源，光束质量高，光电转换效果更好，更省电，且由于结构原理上的差异，使其具有免调节，免维护，稳定性高等特点，对工作环境容忍度相对较好。

61阅读请您转载分享：

对于产品的追溯可以有效的管控从生产到出货到销售再到消费者各个环节，大幅提高公司管控的能力，减少了运营成本。对比发现，在产品品质提高的前提下，采用激光标识系统从长期来看，减少设备维护、人工成本、耗材成本，而且减少了停线检修的频次，间接增加了产量。

由于生产方式的变化，该产品在市场上的影响力不断提高，销售业绩不断提升，在国家加强环境污染监管的大背景下，该公司顺应形势，不断成长。

【来自:博特激光】 出自：http://www.sz-bote.com/欢迎转载，请保留出处。博特激光国内知名的激光设备制造商，诚信商家13923429552

61阅读请您转载分享：

三 : 激光打标机在工业中的应用

激光打标机技术应用工业加工中

激光打标机技术作为一种现代精密加工方法，与腐蚀，气动加工等相比，具有独特的优势：

1． 采用激光做加式手段，与工件之间没有加工力的作用，具有无接触，无切削力，热影响

小的优点，保证了工件的原有精度。（www.61k.com)同时，材料的适应性较广，可以在多种材料的表面制作出非常精细的标记且耐久性非常好。

2． 激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自

由度都很大，特别使用于自动化加式和特殊面加工。且加式方式灵活，既可以适应实验室式的单项设计的需要，也可以满足工业化大批量生产的要求。

3． 激光刻划精细，线条可以达到毫米和微米量级，采用激光标刻技术制作的标记伪造和更

改都非常困难，对产品防伪为重要。

4． 激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，可以打出各种文

字，符号和图案，易于用软件设计标刻图样，更改标记内容，适应现代化生产高效率，快节奏的要求。

5． 激光加工没有污染源，是一种清洁无污染的高环保加工技术。

激光打标机已被广泛应用于各行各业，为优质、高效、无污染和低成本的现代加工生产开辟了广阔的前景。随着现代激光标刻应用领域的不断扩展，对激光制造的设备系统小型化，高效率和集成化的要求也越来越高，新型高效率光纤激光技术的开发成功，必将对此产生极大的推动。

激光打标机原理：

“热加工”――具有较高能量密度的激光束（它是集中的能量流），照射在被加工材料表面上，材料表面吸收激光能量，在照射区域内产生热激发过程，从而使材料表面（或涂层）温度上升，产生变态、熔融、烧蚀、蒸发等现象。

“冷加工”――具有很高负荷能理的（紫外）光子，能够打断材料（特别是有机材料）或周围介质内的化学键，至使材料发生非热过程破坏。这种冷加工在激光标记加工中具有特殊的意义，因为它不是热烧蚀，而是不产生“热损伤”副作用的、打断化学键冷剥离，因而对被加式表面的里层和附近区域不产生加热或热变形等作用。例如，电子工业中使用准分子激光器在基底材料上沉积化学物质薄膜，在半导体基片上开出狭窄的槽。 激光打标属于激光加工的一种，利用高能量密度的激光，在工件表面灼烧蚀刻出永久性的文字或图案。

激光打标机分类与选型:

根据不同的材料，对不同波长的激光吸收不同的特性，一般把激光打标机分为两大类，一类是采用YAG激光器，适合加工金属材质和大部分的非金属材质，如铁、铜、铝、金、银等金属和各类合金，还有ABS料、油墨覆层、环氧树脂等等。另一类采用CO2激光器，只能加工非金属材质，如木头、纸张、亚克力、玻璃等等。有些材料同时适用于两种类型的激光打标机，但标识的工艺效果会有差异。

YAG打标机包括灯泵浦、半导体和光纤三大类，CO2打标机包括射频管和玻璃管两大类，这五种产品构成了激光打标机的标准机型。针对不同用户的实际需求，配以不同的外形结构、夹具工装、量身定做的软件系统，构成完善的激光标识解决方案。 相对于气动打标、电腐蚀、丝印、喷码机、机械雕刻等传统的标记方式，激光标识具有以下优势：

1. 激光加工为光接触，非机械接触，没有机械应力，所以特别适合在高硬度（如硬质合金）、高脆性（如太阳能硅片）、高熔点及高精度（如精密轴承）要求特别高的等场合使用。

2. 激光加工的能量密度很大，时间短，热影响区小，热变形小，热应力小，不会

工业激光打标机 激光打标机在工业中的应用

影响内部电气性能。(www.61k.com)特别是532μm，355μm，266μm激光的冷加工，适合特殊材质的精密加工。

3. 激光直接灼烧蚀刻，为永久性的标记，不可擦除，不会失效变形脱落，适合防伪防窜货，实现产品可追溯性的要求。

4. 激光加工系统本身是一套计算机系统，可以方便的编排、修改，有跳号、随机码等功能，实现产品唯一编码的要求，适合于个性化加工，对小批量多批次的加工更有优势。

5. 标记效果精美，工艺美观，精度较高，可提升产品档次，提高产品附加值。

6. 线宽可小到10μm，深度可达10μm以下，可对“毫米级”尺寸大小的零件表面进行标记。

7. 低耗材，无污染，节能环保，符合欧洲环保标准，符合医药行业GMP要求。

8. 加工成本低廉。设备的一次性投资较贵，但连续的、大量的加工最终使每个零件的加工成本降低下来。

9. 加工方式灵活。可通过透明介质对内部工件进行加工，易于导向、聚焦，实现方向变换，极易与数控系统配合。

1．根据激光器分类

1)激光器分类

激光器分为固体激光器(钇铝石榴石YAG和钒酸钇YVO4)、气体激光器(He-Ne激光器、CO2激光器)两类。

①氧化碳(CO2)激光打标机，用CO2气体作为激活媒介，发射出红外区域的10600nm的光波。这类激光器有两种不同的形式。

a．脉冲式激光器。利用掩模方法，以短脉冲激光能量产生标记或图文。但因为不同的标记需要采用不同的遮挡物，更改标记需要较长的时间。

b．连续式激光器。采用光笔形式，只有1个能级，技术要求不高，成本低，设备简单，但输出能量高，效率高，广泛用于塑料的激光标记印刷。

②钇铝石榴石激光打标机。激活媒介是固体，激光器发射出接近红外线区域的1060nm的光波，有连续式、光笔式两种，通过改变输出能量，可得到不同强度的激光束。打标工艺有焦化法(深色标记)、发泡法(浅色标记)和烧蚀法(雕刻标记)，标记质量极好。

③准分子激光打标机。可发射出紫外范围的光波(100～400nm)，激活媒介由氦、氩、氪、氖气体和氯、氟、溴、碘等卤素组成的混合物构成。

2)二氧化碳激光与YAG固体激光打标机的区别

①适用材料不同。因其波长不同，二氧化碳激光打标机只能用于非金属材料打标；YAG固体激光打标机既能用于非金属材料打标，也能用于金属材料打标。

②所用耗材不同。二氧化碳激光打标机的主要耗材是混合气体和激光管，另外锗镜片也是易损件，价格比较昂贵；YAG固体激光打标机的主要耗材是泵浦灯(脉冲式激光器使用氙灯，连续式激光器使用氪灯)，价格低廉。

61阅读请您转载分享：

2．根据激光输出形式分类

激光打标机根据激光的输出形式不同，可分为固体掩模式，气体掩模式、机械扫描式、振镜扫描式等类型。

3．激光打标机的选型

激光打标机的选型主要是根据需要印标产品的材质、产量和标记面积决定，选型原则如下。

1)固体掩模式激光打标机

工业激光打标机 激光打标机在工业中的应用

适用于非金属材料、标记面积在￠7mm的柱面内，大批量生产的产品，如电子元件等。[www.61k.com］

2)气体掩模式激光打标机

适用于非金属材料，标记面积在￠20mm的柱面内、大批量生产的产品，如电子元件、塑料瓶、烟酒和食品包装容器等。

3)机械扫描式激光打标机

适用于单个标记面积在80mm ×100mm范围内，单班产量为数千件的产品。

4)振镜扫描式激光打标机

适用于单个标记面积在￠300mm的柱面内、单班产量为数万件的产品。

61阅读请您转载分享：

本文标题：工业激光打标机-激光打孔的工业前景
本文地址： http://www.61k.com/1188408.html