RU2080971C1 - Process of laser engraving - Google Patents
Process of laser engraving Download PDFInfo
- Publication number
- RU2080971C1 RU2080971C1 RU94020443A RU94020443A RU2080971C1 RU 2080971 C1 RU2080971 C1 RU 2080971C1 RU 94020443 A RU94020443 A RU 94020443A RU 94020443 A RU94020443 A RU 94020443A RU 2080971 C1 RU2080971 C1 RU 2080971C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- laser beam
- elements
- pattern
- profile
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к методам формирования на поверхности материалов выпуклых элементов, отверстий с помощью лазерного излучения и может найти применение при изготовлении печатных форм. The invention relates to methods for forming convex elements on the surface of materials, holes using laser radiation and can find application in the manufacture of printing plates.
Известен способ лазерной гравировки [1] при котором на обрабатываемую поверхность направляют сфокусированное лазерное излучение с заданной длиной волны и перетяжкой, заглубляя последнюю в материал, причем длину волны излучения выбирают из условия объемного поглощения его энергии материалом заготовки, а перетяжку заглубляют на величину, определяемую теплофизическими свойствами материала, шириной знака и мощностью излучения. Скорость контурного перемещения луча по рисунку определяется необходимой величиной энергии для переработки материала изделия вдоль единичной его длины. Недостатком известного способа является невысокое качество изготовления элементов формируемых знаков с выпуклой поверхностью. Кроме того, отсутствует возможность управления процессом формирования заданного профиля элементов знака, что необходимо при создании, например, износостойких печатных форм, когда требуется, чтобы выпуклые элементы знака имели пологий профиль. При применении же рассматриваемого способа профиль формируемого выпуклого элемента имеет большую крутизну, что приводит к разрушению элемента при продолжительном использовании печатной формы. Также печатающие выпуклые элементы имеют малую жесткость в направлении, параллельном поверхности материала, поэтому при изготовлении оттиска из-за боковых нагрузок возможно смещение деталей изображения. There is a known method of laser engraving [1] in which focused laser radiation with a given wavelength and constriction is directed onto the treated surface, deepening the latter into the material, the radiation wavelength being selected from the condition of volume absorption of its energy by the workpiece material, and the constriction is deepened by an amount determined by thermophysical material properties, sign width and radiation power. The speed of the contour movement of the beam according to the figure is determined by the necessary amount of energy for processing the product material along its unit length. The disadvantage of this method is the low manufacturing quality of the elements of the formed signs with a convex surface. In addition, it is not possible to control the process of forming a given profile of the sign elements, which is necessary when creating, for example, wear-resistant printing plates, when it is required that the convex sign elements have a gently sloping profile. When applying the method under consideration, the profile of the formed convex element has a large slope, which leads to the destruction of the element with prolonged use of the printing form. Also, convex printing elements have low stiffness in the direction parallel to the surface of the material, therefore, in the manufacture of the print due to lateral loads, it is possible to shift image details.
Наиболее близким к предлагаемому является способ формирования отверстий в полимерных материалах различной формы и размеров [2] Непрерывный лазерный пучок фокусируют, создавая высокую плотность энергии, и сканируют по поверхности материала заготовки для того, чтобы захватить всю область материала, где формируется отверстие. Плотность энергии излучения лазера должна быть такой, чтобы обеспечить удаление слоя материала, не разрушая близлежащие участки. Таким образом, за каждый шаг сканирования удаляется небольшое количество материала. Выходной мощностью лазера и сканированием лазерного пучка управляют с помощью компьютера. Рассматриваемый способ не позволяет проводить обработку материала с высокой скоростью, особенно в случае больших объемов удаляемого материала. Процесс обработки предусматривает постепенное удаление материала малыми порциями, поэтому при большой глубине профиля формируемого элемента рисунка требуется длительное сканирование лазерным пучком по поверхности изделия. Closest to the proposed is a method of forming holes in polymeric materials of various shapes and sizes [2] A continuous laser beam is focused, creating a high energy density, and scanned over the surface of the workpiece material in order to capture the entire area of the material where the hole is formed. The laser radiation energy density should be such as to ensure removal of the material layer without destroying nearby areas. Thus, a small amount of material is removed for each scan step. The laser output and laser beam scanning are controlled by a computer. The method under consideration does not allow the material to be processed at a high speed, especially in the case of large volumes of material to be removed. The processing process provides for the gradual removal of the material in small portions, therefore, with a large depth of the profile of the formed element of the picture, a long scan with a laser beam over the surface of the product is required.
Изобретение направлено на увеличение скорости обработки материалов с помощью лазерного излучения при одновременном обеспечении высокой точности формирования контура и профиля рисунка. The invention is aimed at increasing the speed of processing materials using laser radiation while ensuring high accuracy in the formation of the contour and profile of the picture.
Указанная цель достигается тем, что пространство между элементами рисунка условно разделяют на две зоны поверхностную, где контур каждого элемента и его профиль должны быть точно сформированы, и глубинную, где не предъявляется высоких требований к точности изготовления профиля элемента рисунка. Поток лазерного излучения модулируют по времени. При удалении материала из поверхностной зоны пространства между выпуклыми элементами рисунка осуществляют сканирование сфокусированным лазерным пучком, причем мощность излучения, диаметр перетяжки и скорость перемещения лазерного пучка выбирают такой, чтобы за один проход удалялся слой материала, глубина которого соответствует требуемой точности формирования контура и профиля элемента рисунка. При обработке глубинной зоны увеличивают мощность лазерного излучения, и скорость перемещения лазерного пучка. Таким образом, обеспечивается высокое качество формирования элементов рисунка, поскольку обработка их контуров выполняется лазерным пучком рисунка. В то же время общее время обработки изделия сокращается за счет ускорения процесса удаления материала из глубинной зоны пространства между элементами рисунка. Управление выходной мощностью лазера, модуляцией потока излучения по времени и скоростью и параметрами сканирования осуществляют с помощью ЭВМ. This goal is achieved by the fact that the space between the elements of the picture is conditionally divided into two surface zones, where the contour of each element and its profile must be precisely formed, and deep, where there are no high requirements for the accuracy of manufacturing the profile of the picture element. The laser flux is modulated over time. When removing material from the surface zone of the space between the convex elements of the pattern, a focused laser beam is scanned, and the radiation power, waist diameter and the velocity of the laser beam are selected so that a layer of material is removed in one pass, the depth of which corresponds to the required accuracy of the formation of the contour and profile of the pattern element . When processing the deep zone, the laser radiation power and the speed of the laser beam are increased. Thus, the high quality of the formation of the elements of the pattern is ensured, since the processing of their contours is performed by the laser beam of the pattern. At the same time, the total processing time of the product is reduced by accelerating the process of removing material from the deep zone of the space between the elements of the picture. The output laser power, the modulation of the radiation flux in time and speed and scanning parameters are controlled by a computer.
На фиг. 1,а-в поэтапно изображен процесс удаления материала из пространства между выпуклыми элементами рисунка; на фиг. 2 схема устройства, реализующего предлагаемый способ лазерного гравирования применительно к изготовлению печатных форм: 1 заготовка; 2 оптическая система фокусировки лазерного пучка; 3 лазер; 4 подвижная каретка; 5, 7 двигатели; 6 винт; 8 барабан; 9 вал; 10 модулятор; 11 управляющая ЭВМ. In FIG. 1, a-c, the process of removing material from the space between the convex elements of the figure is depicted in stages; in FIG. 2 diagram of a device that implements the proposed method of laser engraving in relation to the manufacture of printing plates: 1 blank; 2 optical system for focusing a laser beam; 3 laser; 4 movable carriage; 5, 7 engines; 6 screw; 8 drum; 9 shaft; 10 modulator; 11 control computer.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Слой материала заготовки 1, в котором предполагается выполнять обработку, условно разделяют на две зоны (фиг. 1): поверхностную, прилегающую к поверхности заготовки 1, и глубинную. При обработке заготовки в поверхностной зоне необходима максимально возможная точность формирования контуров и профилей элементов рисунка, так как именно от этого зависит качество печатной формы и оттисков с нее. Очевидно, при удалении материала из пространства между элементами рисунка в глубинной зоне допустима более грубая обработка, поскольку точность изготовления глубинных участков выпуклых элементов не влияет на качество получаемых с печатной формы оттисков. The proposed method is as follows. The material layer of the
Обработка материала заготовки 1 осуществляется следующим образом. Поток лазерного излучения модулируют по времени, например, с помощью акустооптического модулятора. Лазерный пучок фокусируют с помощью оптической системы 2 и направляют на поверхность обрабатываемого материала заготовки 1. Параметры и характеристики оптической системы 2 и лазерного излучения подбирают такими, чтобы диаметр перетяжки d(фиг. 1,а,б) сфокусированного лазерного пучка соответствовал требуемому разрешению рисунка. The processing of the material of the
Осуществляют сканирование сфокусированного лазерного пучка по поверхности материала, при этом закон сканирования и закон модулирования потока излучения по времени задаются такими, чтобы сформировать заданные контуры и профили выпуклых элементов рисунка. Скорость v перемещения сфокусированного лазерного пучка относительно заготовки 1 зависит от теплофизических характеристик материала, в частности коэффициента поглощения лазерного излучения, температуры плавления, удельной теплоемкости, температуры возгорания, температуры и удельной теплоты парообразования, а также от мощности лазерного излучения. Скорость перемещения выбирается такой, чтобы при заданной мощности излучения за один проход сфокусированного лазерного пучка глубина слоя удаляемого материала соответствовала требуемой точности формирования контура и профиля элементов рисунка. При этом необходимо, чтобы не происходило разрушения материала в прилегающих к обрабатываемому участках поверхности. Процедуру сканирования повторяют до тех пор, пока из поверхностной зоны пространства между выпуклыми элементами рисунка не будет удален весь материал. Закон модуляции потока лазерного излучения по времени изменяют на каждом шаге сканирования, чтобы сформировать требуемый профиль выпуклых элементов рисунка. A focused laser beam is scanned over the surface of the material, while the law of scanning and the law of modulation of the radiation flux in time are set so as to form the given contours and profiles of convex elements of the figure. The speed v of moving the focused laser beam relative to the
При обработке глубинной зоны пространства между выпуклыми элементами рисунка повышают мощность лазерного излучения, например, путем увеличения диаметра лазерного пучка за счет изменения диаметра диафрагмы или путем повышения мощности накачки. Известно, что в этом случае возрастает расходимость лазерного пучка и, следовательно, увеличивается диаметр перетяжки, обозначенный на фиг. 1,в. Повышение мощности лазерного излучения позволяет увеличить количество удаляемого материала в единицу времени, поэтому становится возможным увеличение скорости перемещения лазерного пучка и толщины слоя удаляемого материала. Измененные значения указанных параметров обработки определяют на основе теплофизических характеристик и мощности лазерного излучения. When processing the deep zone of the space between convex elements of the pattern, the laser radiation power is increased, for example, by increasing the diameter of the laser beam by changing the diameter of the diaphragm or by increasing the pump power. It is known that in this case the divergence of the laser beam increases and, consequently, the waist diameter indicated in FIG. 1, c. Increasing the power of laser radiation allows you to increase the amount of material removed per unit time, so it becomes possible to increase the speed of movement of the laser beam and the thickness of the layer of material being removed. The changed values of the indicated processing parameters are determined based on the thermophysical characteristics and laser radiation power.
Для обеспечения высокого качества формируемого рисунка необходимо четко согласовать все составляющие процесса обработки: сканирование сфокусированного лазерного пучка, модуляцию потока излучения по времени, изменение скорости перемещения сфокусированного лазерного пучка и мощности излучения. Поэтому для управления всеми составляющими процесса обработки используют ЭВМ. To ensure high quality of the generated pattern, it is necessary to clearly coordinate all the components of the processing process: scanning a focused laser beam, modulating the radiation flux over time, changing the speed of the focused laser beam and the radiation power. Therefore, to control all components of the processing process, computers are used.
Благодаря увеличению скорости перемещения лазерного пучка и толщины слоя удаляемого материала возрастает скорость обработки изделий при сохранении требуемой точности изготовления контура элементов рисунка. Due to the increase in the speed of movement of the laser beam and the thickness of the layer of material being removed, the processing speed of the products increases while maintaining the required accuracy of manufacturing the outline of the elements of the pattern.
Наиболее успешно предлагаемый способ может быть применен для повышения производительности обработки материала при создании сложных печатных форм, когда требуется высокая точность изготовления выпуклых элементов рисунка, имеющих заданный профиль поперечного сечения. Для увеличения продолжительности использования печатей и достижения высокого качества оттисков необходимо, чтобы каждый выпуклый элемент рисунка в поперечном сечении имел пологий профиль, что повышает его механическую прочность и, следовательно, препятствует быстрому разрушению и смещению деталей изображения при боковых нагрузках. The most successfully proposed method can be applied to increase the productivity of material processing when creating complex printing forms, when high precision manufacturing of convex elements of a pattern having a given cross-sectional profile is required. To increase the duration of the use of seals and achieve high quality prints, it is necessary that each convex picture element in cross section has a gentle profile, which increases its mechanical strength and, therefore, prevents the rapid destruction and displacement of image details under lateral loads.
Примером реализации предлагаемого способа может служить лазерный гравер для изготовления печатных форм, схема которого представлена на фиг. 2. Обрабатываемая заготовка 1, например из резины, прикреплена к цилиндрическому барабану 8, который вращается с помощью двигателя 7 и вала 9. Лазер 3 и оптическая система фокусировки лазерного пучка 2 размещены на подвижной каретке 4, которая совершает линейные перемещения параллельно оси цилиндрического барабана 8. An example of the implementation of the proposed method can be a laser engraver for the manufacture of printing plates, a diagram of which is shown in FIG. 2. The
Поступательное движение подвижной каретки 4 осуществляется от двигателя 5 с помощью винтового механизма, содержащего винт 6 и закрепленную на подвижной каретке гайку (на фиг. 2 не показана). Изменение скорости перемещения подвижной каретки 4 выполняется путем изменения угловой скорости вращения вала двигателя 5. The translational movement of the movable carriage 4 is carried out from the
Модуляция потока излучения лазера по времени осуществляется с помощью модулятора 10, выполненного, например, в виде акустооптического модулятора. The modulation of the laser radiation flux over time is carried out using a
Так как во время работы устройства вращается цилиндрический барабан 8, то для создания на поверхности заготовки 1 двумерного рисунка достаточно выполнять линейное перемещение сфокусированного лазерного пучка параллельно оси вращающегося барабана 8. При этом, чтобы получить заданные контуры и профили элементов рисунка, необходимо согласовать закон линейного перемещения пучка (закон сканирования), определяемый законом вращения вала двигателя 5 м, соответственно винта 6, закон модуляции потока лазерного излучения по времени, угловую скорость вращения вала 9 барабана 8. Для согласования всех составляющих процесса обработки заготовки применяют управляющую ЭВМ 11, с помощью которой осуществляют управление соответствующими элементами устройства (на фиг. 2 показано стрелками). Since the
Данный способ положен в основу работы лазерных гравировальных автоматов, выпускаемых научно-производственным центром "Альфа". This method is the basis for the operation of laser engraving machines manufactured by the Alpha research and production center.
Конкретные данные по использованию аппаратов следующие:
ИАГ неодимовый лазер, длина волны 1,06 мкм;
мощность лазерного излучения 10-50Вт;
метод изменения мощности излучения лазера изменение диаметра внутри резонаторной диафрагмы;
диаметр перетяжки сфокусированного лазерного пучка 25-70 мкм;
обрабатываемый материал резина;
линейная скорость перемещения материала относительно лазерного пучка - 0,5-3 м/с;
управление процессом гравирования осуществляется с помощью персонального компьютера типа IBM PC/AT.Specific data on the use of the devices are as follows:
YAG neodymium laser, wavelength 1.06 μm;
laser power 10-50W;
the method of changing the laser radiation power; changing the diameter inside the resonant diaphragm;
the diameter of the waist of the focused laser beam 25-70 microns;
processed material rubber;
linear velocity of the material relative to the laser beam - 0.5-3 m / s;
the engraving process is controlled using a personal computer such as IBM PC / AT.
Толщина поверхностного слоя материала 200 мкм, в три раза больше диаметра перетяжки сфокусированного лазерного пучка. Глубина удаляемого материала пропорциональна мощности лазерного излучения, исходя из этого определяют требуемые изменения мощности и скорости перемещения материала при переходе от обработки поверхностного слоя к глубинному. The thickness of the surface layer of the material is 200 μm, three times the diameter of the waist of the focused laser beam. The depth of the removed material is proportional to the power of the laser radiation, on the basis of this determine the required changes in the power and speed of movement of the material during the transition from processing the surface layer to the deep.
Рекомендуемые режимы обработки приведены в таблице. Recommended processing modes are given in the table.
При удалении материала из глубинной зоны пространства между элементами мощность лазерного излучения увеличивают в 3-5 раз, а скорость перемещения лазерного пучка увеличивают в 2-3 раза. When removing material from the deep zone of the space between the elements, the laser radiation power is increased by 3-5 times, and the speed of the laser beam is increased by 2-3 times.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94020443A RU2080971C1 (en) | 1994-06-01 | 1994-06-01 | Process of laser engraving |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94020443A RU2080971C1 (en) | 1994-06-01 | 1994-06-01 | Process of laser engraving |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94020443A RU94020443A (en) | 1996-09-20 |
RU2080971C1 true RU2080971C1 (en) | 1997-06-10 |
Family
ID=20156683
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94020443A RU2080971C1 (en) | 1994-06-01 | 1994-06-01 | Process of laser engraving |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2080971C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2443525C1 (en) * | 2010-07-15 | 2012-02-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко" (ОАО "ЭЛАРА") | Method of laser engraving |
RU2473414C2 (en) * | 2007-06-12 | 2013-01-27 | ТЕКНОЛАЙНЗ, ЭлЭлСи | Method and systems of high-speed and high-power laser engraving |
RU2553784C2 (en) * | 2009-08-28 | 2015-06-20 | Санини Ауто Груп, С.А. | Processing of parts with metal coating sections of different shape |
RU2756663C1 (en) * | 2020-05-12 | 2021-10-04 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Техническое Объединение "Лазер" | Application of a method and system for using a laser to create an image |
RU2775240C1 (en) * | 2021-03-10 | 2022-06-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Поларус" | Method for controlling a laser unit and laser unit |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108045146A (en) * | 2018-02-07 | 2018-05-18 | 合肥铂华电子科技有限公司 | A kind of gold stamping laser carving technique of air-conditioning panel |
-
1994
- 1994-06-01 RU RU94020443A patent/RU2080971C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1704990, кл. B 23 K 26/00, 1992. 2. Патент ЕПВ N 0388009, кл. B 23 K 26/00, 1992. * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2473414C2 (en) * | 2007-06-12 | 2013-01-27 | ТЕКНОЛАЙНЗ, ЭлЭлСи | Method and systems of high-speed and high-power laser engraving |
RU2553784C2 (en) * | 2009-08-28 | 2015-06-20 | Санини Ауто Груп, С.А. | Processing of parts with metal coating sections of different shape |
RU2443525C1 (en) * | 2010-07-15 | 2012-02-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко" (ОАО "ЭЛАРА") | Method of laser engraving |
RU2756663C1 (en) * | 2020-05-12 | 2021-10-04 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Техническое Объединение "Лазер" | Application of a method and system for using a laser to create an image |
RU2775240C1 (en) * | 2021-03-10 | 2022-06-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Поларус" | Method for controlling a laser unit and laser unit |
RU2783722C1 (en) * | 2022-04-19 | 2022-11-16 | Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Производственное Предприятие "Телар" (Ооо Нпп "Телар") | Method for manufacturing parts from a sheet metal blank on a cnc laser machine |
RU2801913C1 (en) * | 2022-05-13 | 2023-08-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Удмуртский государственный аграрный университет" | Method of laser surface processing of materials |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU94020443A (en) | 1996-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3556204B2 (en) | Method and apparatus for manufacturing printing blocks | |
US7800638B2 (en) | Platemaking apparatus | |
EP1642712B1 (en) | Platemaking method and platemaking apparatus | |
RU2614502C2 (en) | Method and device for contoured surface formation on steel embossing shaft | |
US6698354B2 (en) | Method and device for producing a printing block | |
RU2505413C2 (en) | Method and device for manufacturing moulds for engraved printing intended for production of security papers | |
US8621996B2 (en) | Engraving of printing plates | |
EP0488402B1 (en) | Method of cutting grooves in hydrodynamic bearing made of ceramic material | |
KR960005881B1 (en) | Cooling drum for casting thin cast piece device and method of forming dimples on peripheral surface of the said drum | |
JP2000071086A (en) | Method and device for shape processing by laser light | |
JP3769942B2 (en) | Laser processing method and apparatus, and circuit forming method and apparatus for non-conductive transparent substrate | |
RU2080971C1 (en) | Process of laser engraving | |
JP2006095931A (en) | Plate making method and plate making apparatus for printing plate | |
CN1295052C (en) | Method of laser milling using constant tool path algorithm | |
CN1152157A (en) | Pattern forming method | |
KR100723935B1 (en) | Laser pattern device | |
JPH07116869A (en) | Marking method by laser beam | |
JP2001096995A (en) | Method for laser beam machining of decorative article | |
Bruening et al. | Large Scale Ultrafast Laser Micro Texturing with Multi-Beams. | |
JP2500648B2 (en) | Beam scan type laser marking device | |
JP3355631B2 (en) | Laser plate making apparatus and plate making method | |
JP2006159800A (en) | Method and equipment for making printing plate | |
KR0119480Y1 (en) | Marking device using 2D scanning method of laser beam | |
JPH0732168A (en) | Pulse control printing system and device therefor | |
RU2031149C1 (en) | Device for mosaic hardening of circular saws |