激光雕刻

激光雕刻是使用的做法激光器来雕刻的对象。另一方面，激光打标是在物体上留下标记的更广泛类别的方法，其中还包括由于化学/分子变化、炭化、起泡、熔化、烧蚀等引起的颜色变化。该技术不涉及使用墨水，也不涉及与雕刻表面接触并磨损的工具钻头，使其优于必须定期更换墨水或钻头头的替代雕刻或标记技术。

对于专门设计的“可激光”材料和某些油漆，激光打标的影响更为明显。这些包括激光敏感聚合物和新型金属合金。

术语激光打标也用作通用术语，涵盖广泛的表面技术，包括印刷、热烙印和激光粘合。用于激光雕刻和激光打标的机器是相同的，因此在实践中没有知识或经验的人有时会将这两个术语混淆。

激光雕刻机由三个主要部分组成：激光器、控制器和表面。激光是一种绘图工具：从它发出的光束允许控制器在表面上描绘图案。控制器确定瞄准表面的激光束的方向、强度、移动速度和传播。选择的表面与激光可以作用的材料类型相匹配。

雕刻机主要分为三种类型。最常见的是X-Y工作台，通常，工件（表面）是静止的，激光光学器件在二维方向上移动，引导激光束绘制矢量。有时激光是静止的，而工件移动。有时工件在一个轴上移动，而激光在另一个轴上移动。第二种类型适用于圆柱形工件（或安装在圆柱体周围的扁平工件），其中激光有效地穿过细螺旋，同时开-关激光脉冲产生所需的光栅图片。在第三种类型中，激光器和工件都是静止的，振镜使激光束在工件表面上移动。使用这种技术的激光雕刻机可以在光栅或矢量模式下工作。

激光束接触表面的点应在激光光学系统的焦平面上，通常与其焦点同义。该点通常很小，可能不到毫米的几分之一（取决于光学波长）。当激光束通过表面时，只有该焦点内的区域会受到显着影响。激光传递的能量会改变焦点处的材料表面。它可能会加热表面并随后使材料蒸发，或者材料可能会破裂（称为“玻璃化”或“玻璃化”）并从表面剥落。切割金属零件的油漆通常是激光雕刻材料的方式。

如果表面材料在激光雕刻过程中蒸发，几乎总是需要通过使用鼓风机或真空泵进行通风，以去除此过程中产生的有害烟雾和烟雾，并去除表面上的碎屑，使激光继续进行雕刻。

激光可以非常有效地去除材料，因为可以将激光束设计为以将大部分光能转化为热量的方式将能量传递到表面。光束高度聚焦和准直——在大多数非反射材料（如木材、塑料和搪瓷表面）中，光能转化为热能的效率超过{x%}。但是，由于这种效率，激光雕刻中使用的设备可能会很快升温。激光器需要精心设计的冷却系统。或者，激光束可以是脉冲的以减少过度加热的量。

通过对控制器进行编程，使激光束随着时间的推移穿过特定路径，可以雕刻出不同的图案。激光束的轨迹经过仔细调节，以实现一致的材料去除深度。例如，避免交叉路径以确保每个蚀刻表面仅暴露于激光一次，因此去除相同数量的材料。在创建雕刻图案时也会考虑光束穿过材料的速度。改变光束的强度和传播可以让设计更加灵活。例如，通过改变激光在每个脉冲期间打开的时间比例（称为“占空比”），可以针对材料适当地控制传递到雕刻表面的功率。

由于控制器准确知道激光的位置，因此无需在表面添加障碍物以防止激光偏离规定的雕刻图案。因此，在激光雕刻中不需要电阻掩模。这就是为什么这种技术不同于旧的雕刻方法的主要原因。

将激光雕刻技术纳入行业规范的一个很好的例子是生产线。在这个特定的设置中，激光束被导向旋转或振动的镜子。镜子以某种方式移动，可以在被标记的表面上描绘出数字和字母。这对于打印沿生产线运行的产品的日期、有效期和批号特别有用。激光打标允许在“移动中”标记由塑料和玻璃制成的材料。进行打标的位置称为“打标激光站”，这是一种常见于包装和装瓶厂的实体。较旧、较慢的技术，如烫印和移印大部分已被淘汰，取而代之的是激光雕刻。

X和Y托架上的反射镜可实现精确定位。

对于更精确和更具视觉装饰性的雕刻，使用激光台（也称为“X–Y”或“XY”台）。激光器通常xxx固定在桌子的侧面，并向一对可移动的镜子发射光线，以便桌子表面的每个点都可以被激光器扫过。在雕刻点，激光束通过雕刻表面的透镜聚焦，可以描绘出非常精确和复杂的图案。

激光工作台的典型设置包括固定激光发射平行于工作台一个轴的光，瞄准安装在可调节导轨末端的镜子。光束从成45度角的镜子反射，以便激光沿着轨道的长度精确地传播。然后该光束被安装在可移动小车上的另一个镜子反射，该小车引导光束垂直于原始轴。在这个方案中，可以表示蚀刻的两个自由度（一个垂直，一个水平）。

在其他激光雕刻设备中，例如平台或滚筒雕刻，激光束被控制以将其大部分能量以固定的穿透深度引导到要雕刻的材料中。以这种方式，当雕刻发生时，仅去除特定深度的材料。可以使用简单的机加工棒或角铁作为工具，帮助训练有素的技术人员调整雕刻机以实现所需的聚焦。对于高度没有明显变化的表面，这种设置是首选。

对于高度不同的表面，已经开发了更精细的聚焦机制。有些被称为动态自动对焦系统。它们实时调整激光参数，以适应材料在蚀刻过程中的变化。通常情况下，表面的高度和深度通过跟踪针对雕刻表面的超声波、红外线或可见光的变化的设备进行监控。这些设备，称为引导光束或引导激光器（如果使用激光器）有助于引导对激光器透镜的调整，以确定聚焦在表面上的最佳光斑并有效去除材料。

“X-Y”激光雕刻机可以在矢量和光栅模式下运行。

矢量雕刻遵循要雕刻的图案的线条和曲线，很像基于笔的绘图仪通过根据图案轮廓的描述构造线段来绘制。许多早期的标志和牌匾（激光或其他）雕刻使用预先存储的字体轮廓，以便字母、数字甚至徽标可以缩放到大小并使用精确定义的笔画进行复制。不幸的是，“填充”区域是有问题的，因为交叉影线图案和点填充有时会表现出莫尔效应或超级图案点间距计算不精确造成的。此外，字体的旋转或动态缩放通常超出了字体渲染设备的能力。PostScript页面描述语言的引入现在提供了更大的灵活性——现在几乎所有可以通过支持PostScript的软件（如CorelDRAW或AdobeIllustrator）在矢量中描述的东西都可以被勾勒出来，填充合适的图案，并进行激光雕刻。

光栅雕刻在表面上以一种来回缓慢前进的线性图案跟踪激光，这将让人想起喷墨或类似打印机上的打印头。图案通常由控制器/计算机优化，以便图案两侧不需要雕刻的区域被忽略，从而缩短材料上的痕迹以提高效率.每条线的前进量通常小于激光的实际点尺寸；雕刻线条略微重叠，以创造雕刻的连续性。与所有光栅化设备一样，如果光栅线的长度或位置相对于相邻光栅扫描有轻微的变化，曲线和对角线有时会受到影响；因此，精确定位和可重复性对于机器的设计至关重要。光栅化的优点是它产生的几乎毫不费力的“填充”。大多数要雕刻的图像都是粗体字母或具有大的连续雕刻区域，并且这些区域都经过良好的光栅化。照片被光栅化（如在印刷中），点比激光光斑大，这些也xxx雕刻为光栅图像。几乎任何页面布局软件都可用于为X-Y或鼓式激光雕刻机提供光栅驱动程序。虽然传统的标志和牌匾雕刻出于必要而倾向于使用矢量的实心笔画，但现代商店倾向于以光栅模式运行他们的激光雕刻机，为传统的轮廓“外观”或快速标记轮廓或“阴影”保留矢量要切一个盘子。

有机材料（如木材）的标记基于材料碳化，这会导致表面变暗并具有高对比度的标记。在木头上直接“燃烧”图像是雕刻激光的最初用途。此处所需的激光功率通常小于10瓦，具体取决于所使用的激光，因为大多数都不同。胡桃木、桃花心木和枫木等硬木能产生良好的效果。软木可以明智地雕刻，但往往会在不一致的深度蒸发。打标软木需要最低的功率水平并实现最快的切割速度，同时主动冷却（例如，气流充足的风扇）会抑制点火。硬纸和纤维板效果很好；有绒毛的纸和新闻纸就像软木。毛皮不可雕刻；成品皮革可以进行激光雕刻，外观与烫印非常相似。某些乳胶橡胶化合物可以进行激光雕刻；例如，这些可用于制造印章。

纸美纹纸胶带有时用作成品和树脂木材上的预雕刻外涂层，因此清理工作就是将胶带从未雕刻的区域撕下，这比去除粘性和烟雾环绕的“光晕”更容易（和不需要清漆-去除化学品）。

每种塑料都有特定的材料特性，尤其是光吸收光谱。激光照射可以产生材料的直接化学改性、熔化或蒸发。由于使用了多种添加剂，例如着色剂、紫外线阻滞剂、脱模剂等，很少能看到纯塑料。这些添加剂会影响激光打标的结果。

标准浇铸亚克力塑料、亚克力塑料板和其他浇铸树脂通常具有很好的激光效果。一个常见的雕刻奖品是铸造的亚克力形状，设计为从背面激光雕刻。苯乙烯（如在光盘盒中）和许多热成型塑料往往会在雕刻点的边缘周围熔化。结果通常是“柔和”的，没有“蚀刻”对比度。表面实际上可能会在唇部区域变形或“起波纹”。在某些应用中，这是可以接受的；例如，2升汽水瓶上的日期标记不需要很清晰。

对于标牌和面板等，开发了特殊的激光标记塑料。这些一体化硅酸盐或其它材料进行从材料过量热量带走，然后才能变形。这种材料的外层层压板很容易蒸发，露出下面不同颜色的材料。

其他塑料可能会成功雕刻，但建议对样品进行有序的实验。据说电木很容易用激光雕刻；一些硬质工程塑料效果很好。然而，膨胀塑料、泡沫和乙烯基通常是布线而不是激光雕刻的候选材料。含有氯的塑料（如乙烯基、PVC）在激光照射时会产生腐蚀性氯气，氯气与空气中的氢气结合产生会损坏激光雕刻系统的汽化盐酸。聚氨酯和硅树脂塑料通常效果不佳——除非它是一种填充有纤维素、石头或其他一些稳定的配方绝缘体材料。

Leviton或Lutron等公司的许多电灯开关板都可以进行激光雕刻。同样，可能需要进行实验以开发正确的激光设置，以雕刻表面而不是熔化表面。通常，激光雕刻之后会在雕刻表面回填油漆，以在雕刻表面和周围表面之间产生更多对比。

Kevlar可以进行激光雕刻和激光切割。然而，Kevlar在蒸发时会释放出极其危险的烟雾（氰化物气体）。

金属是耐热材料，打标金属需要高密度激光照射。基本上，平均激光功率导致熔化，峰值功率导致材料蒸发。

xxx的传统雕刻材料最初是最差的激光雕刻材料。现在已经使用比传统的10,640nm波长CO2激光器更短波长的激光器解决了这个问题。使用Yb：光纤激光器、1,064nm波长的Nd:YVO4或Nd:YAG激光器，或其532和355nm的谐波，现在可以使用商业系统轻松雕刻金属。

如果目标是使其他涂层从金属上蒸发掉，那么阻止金属局部蒸发的相同传导是一种资产。激光雕刻金属板由精细抛光的金属制成，并涂有一层可“烧掉”的搪瓷涂料。在10到30瓦的功率下，可以非常干净地去除珐琅，从而制作出出色的雕刻作品。多激光雕刻方式出售，露出黄铜或银涂覆的钢上的黑色或暗的背景漆包刻字。现在有多种饰面可供选择，包括在搪瓷上丝网印刷的大理石效果。

阳极氧化铝通常使用CO2激光机进行雕刻或蚀刻。功率低于40W，这种金属可以轻松雕刻干净、令人印象深刻的细节。激光漂白白色或银色铝基板的颜色。虽然它有多种颜色，但激光雕刻黑色阳极氧化铝可提供所有颜色的最佳对比度。与大多数材料不同，阳极氧化铝不会留下任何烟雾或残留物。

可以获得用于激光雕刻金属的特定用途的喷涂涂层，这些喷涂喷涂一层对激光可见的涂层，该涂层将涂层融合到激光经过的基材上。通常，这些喷剂还可用于雕刻其他光学不可见或反射性物质，例如玻璃，并且有多种颜色可供选择。除了喷涂涂层外，一些可激光打标的金属还经过预涂层以进行成像。此类产品会将金属表面转变为不同的颜色（通常为黑色、棕色或灰色）。