CN109175714A - 一种硬脆材料表面的激光旋切打标法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及表面处理领域,具体涉及一种硬脆材料表面的激光旋切打标法。以脉冲光纤激光进行激光打标,可以使标刻线边缘具有较好的清晰度;采用旋切法进行激光打标,可以保证在整个激光打标过程中,不会出现边缘崩裂的现象,从而保证了打标的清晰度,避免了硬脆材料的破裂;由于每一个旋切都是圆形的,光线在各个方向的反射都相同,因此从不同方向都可以观察到打标效果清晰;单元采用不超过3条旋切路径,可以保证被标刻的图形或者字符内部被充分填充,具有良好的标刻效果;相邻旋切路径的距离为d,可以使相邻旋切路径之间形成清晰的分隔线,在光照下形成磨砂效果,进一步提高打标的清晰度。
Description
技术领域
本发明涉及表面处理领域,具体涉及一种硬脆材料表面的激光旋切打标法。
背景技术
光纤激光打标机的成本低廉,目前已在塑料、钢材等材料上大规模应用,然而采用光纤激光打标机在玻璃、陶瓷等硬脆材料上进行激光打标时,由于激光加热时的热应力梯度,硬脆材料表面的激光打标区域容易形成微裂纹,这些垂直于激光移动方向的裂纹将形成新的裂纹,扩展到原标记外附近区域形成碎片,当刻痕的线宽较小时,这些微裂痕和碎片会严重影响标记的清晰度,严重时甚至使材料破裂。因此,需要发展新的光纤激光硬脆材料打标工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硬脆材料表面的激光旋切打标法,以在硬脆材料表面形成清晰刻痕,同时保证材料不会碎裂。
为了解决以上技术问题,本发明采用的具体技术方案如下:
一种硬脆材料表面的激光旋切打标法,由以下步骤组成:
步骤一:根据打标字符的宽度W和激光光斑直径d,确定激光打标的拟合路径;激光扫描的拟合路径由旋切路径组合实现,激光扫描的旋切路径的数目为n,假定激光光斑直径为d,字符宽度为W,则n=W/d;所述的字符宽度不大于150μm;激光束光斑直径d范围为50~70μm;若n≤1,则n取1,n大于1则采用四舍五入的方式对n取整;如果n=1,第一旋切路径的半径R1为0.5d;如果n=2,第一旋切路径的半径R1为0.5d,第二旋切路径的半径R2为1.5d,相邻旋切路径的距离为d;如果n=3,第一旋切路径的半径R1为0.5d,第二旋切路径的半径R2为1.5d,第三旋切路径的半径R3为2.5d,相邻旋切路径的距离为d。
步骤二:使激光打标机的激光束以旋切路径方式1、旋切路径2和/或旋切路径3的方式,沿拟合路径,依次完成多个旋切路径,直到完成字符的打标。
所述的激光打标机采用光纤脉冲激光器,以高速振镜实现字符的打标;激光束的光束模式为高斯分布;单脉冲能量为0.5~1mj;脉宽为10~300ns;扫描频率为20~50KHz;扫描速度为1~1.5m/s。
所述的硬脆材料为玻璃或陶瓷材质。
本发明具有的有益效果:以单脉冲能量为0.5~1mj、脉宽为10~300ns、扫描频率为20~50KHz、扫描速度为1~1.5m/s、激光束光斑直径范围为50~70μm的脉冲光纤激光进行激光打标,可以使标刻线边缘具有较好的清晰度;采用旋切法进行激光打标,可以保证在整个激光打标过程中,不会出现边缘崩裂的现象,从而保证了打标的清晰度,避免了硬脆材料的破裂;由于每一个旋切都是圆形的,光线在各个方向的反射都相同,因此从不同方向都可以观察到打标效果清晰;采用不超过3条旋切路径,其中第一旋切路径的半径R1为0.5d,第二旋切路径的半径R2为1.5d,第三旋切路径的半径R3为2.5d,相邻旋切路径的距离为d,可以保证被标刻的图形或者字符内部被充分填充,具有良好的标刻效果;相邻旋切路径的距离为d,可以使相邻旋切路径之间形成清晰的分隔线,在光照下形成磨砂效果,进一步提高打标的清晰度。
附图说明
图1为激光旋切打标示意图。
图中包括,1第一旋切路径;2第二旋切路径;3第三旋切路径;4拟合路径。
具体实施方式
为更好的阐述本发明的实施细节,下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
实施实例:
本实例中,激光器为脉冲光纤激光器,激光器单脉冲能量为1mj,频率为20KHZ,激光束脉宽为10ns,波长1064nm,激光光斑直径为0.05mm,扫描速度为1m/s,硬脆材料为氮化硅。字符的形状为数字2,宽度W为0.14mm。具体步骤如下:
步骤一:确定激光打标的拟合路径4为数字“2”;
步骤二:根据激光光斑直径和字符宽度,激光扫描的旋切路径的数目为n=3,旋切路径1的半径R1为0.025mm,旋切路径2的半径R2为0.075mm,旋切路径3的半径R3为0.125mm,相邻旋切路径的距离为0.05mm。
步骤三:使激光打标机的激光束以第一旋切路径方式、第二旋切路径以及第三旋切路径的方式完成第一个旋切路径组合,沿拟合路径4(即字符“2”),依次完成多个旋切路径组合,直到完成字符的打标。
激光打标之后,氮化硅试样表面标记“2”边缘及刻痕清晰度高,无裂纹产生,激光打标质量良好。
Claims (3)
1.一种硬脆材料表面的激光旋切打标法,其特征在于,由以下步骤组成:
步骤一:根据打标字符的宽度W和激光光斑直径d,确定激光打标的拟合路径;激光扫描的拟合路径由旋切路径组合实现,激光扫描的旋切路径的数目为n,假定激光光斑直径为d,字符宽度为W,则n=W/d;所述的字符宽度不大于150μm;激光束光斑直径d范围为50~70μm;若n≤1,则n取1,n大于1则采用四舍五入的方式对n取整;如果n=1,第一旋切路径的半径R1为0.5d;如果n=2,第一旋切路径的半径R1为0.5d,第二旋切路径的半径R2为1.5d,相邻旋切路径的距离为d;如果n=3,第一旋切路径的半径R1为0.5d,第二旋切路径的半径R2为1.5d,第三旋切路径的半径R3为2.5d,相邻旋切路径的距离为d;
步骤二:使激光打标机的激光束以旋切路径方式1、旋切路径2和/或旋切路径3的方式,沿拟合路径,依次完成多个旋切路径,直到完成字符的打标。
2.如权利要求1所述的一种硬脆材料表面的激光旋切打标法,其特征在于,所述的激光打标机采用光纤脉冲激光器,以高速振镜实现字符的打标;激光束的光束模式为高斯分布;单脉冲能量为0.5~1mj;脉宽为10~300ns;扫描频率为20~50KHz;扫描速度为1~1.5m/s。
3.如权利要求1所述的一种硬脆材料表面的激光旋切打标法,其特征在于,所述的硬脆材料为玻璃或陶瓷材质。
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