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

一种硬脆材料表面的激光旋切打标法
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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