Дослідження процесу отримання зображення на металі лазерним маркуванням
Фізико-механічні особливості лазерного маркування та гравіювання на металевих поверхнях. Технологія нанесення текстових і графічних зображень на поверхню оброблюваного виробу. Параметри випромінювання лазера, що впливають на якість кольорового зображення.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 05.02.2019 |
| Размер файла | 58,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.Allbest.Ru/
Размещено на http://www.Allbest.Ru/
Размещено на http://www.Allbest.Ru/
Українська академія друкарства
Дослідження процесу отримання зображення на металі лазерним маркуванням
С.Ф. Гавенко
В.Ц. Жидецький
О.І. Проць
Анотація
Розглянуто фізико-механічні особливості лазерного маркування на металевих поверхнях.
Ключові слова: лазерне маркування, гравіювання, обробка металевої поверхні, волоконний лазер
Исследование процесса получения изображения на металле лазерной маркировкой
Рассмотрены физико-механические особенности лазерной маркировки на металлических поверхностях.
Study the image acquisition process for metal laser marking
The physical and mechanical features of laser marking on metal surfaces presented in this article.
Операції лазерного маркування й гравіювання включають нанесення текстових і графічних зображень на поверхню оброблюваного виробу під впливом високоінтенсивного лазерного випромінювання, яке видаляє частину матеріалу: завтовшки до 100 мкм - при маркуванні; до 0,5 мм - при звичайному гравіюванні; 3,5 мм - при глибокому гравіюванні. Основним призначенням таких операцій є позначення готової продукції для її ідентифікації й захисту від підробок. Крім того, інтерес до лазерного маркування в останні роки пов'язаний із виготовленням різноманітної сувенірної продукції.
З допомогою лазерів можливо маркувати найрізноманітніші матеріали: метал, дерево, оргскло, пластмасу, акрил, скло, гуму, шкіру і т.д. Для маркування застосовують безперервні CO2- або частотно-періодичні YAG: Nd-лазери, які працюють у режимі модульованої добротності з високою частотою повторення імпульсів (0,5 ... 100 кГц); генеруючі одномодові випромінювання з невеликою витратністю (4 ... 15 мрад) і вихідною потужністю в діапазоні 10 ... 16 Вт. На сучасному етапі для маркування часто застосовують волоконні лазери. При гравіюванні використовують безперервні CO2-лазери (потужністю від 10 до 50 Вт), а також імпульсні YAG: Nd-лазери, що працюють у режимі вільної генерації (енергія в імпульсі до 1 Дж, частота повторення імпульсів до 100 Гц). Незалежно від випадку, зображення наносяться в результаті сканування сфокусованого лазерного пучка по металевій поверхні. Переміщення лазерного променя можливо досягти з допомогою швидкісних двоосьових гальванометричних дзеркальних сканерів або проекційним методом. В останньому випадку лазерний промінь, форма перерізу якого задається з використанням спеціальної маски, проектується на оброблювану поверхню в потрібному масштабі для отримання зображення, яке повторює форму маски [1, 3].
Однією з різновидів технології лазерного маркування є операція з обробки металевої поверхні для створення на ній тонких кольорових плівок, які оберігають поверхню металів від корозії й подряпин, що важливо для багатьох споживчих товарів. Окрім того, лазерна обробка використовується для отримання кольорових зображень при виготовленні сувенірної продукції.
Основу кольорового маркування паковання з металу складає процес утворення на поверхні зразка плівок з оксидів і нітридів оброблюваного матеріалу під впливом лазерного випромінювання. Оксидні плівки формуються при лазерній обробці на відкритому повітрі. Для отримання нітридних плівок метали обробляють у спеціальній камері з піддувом азоту. На практиці частіше створюють оксидні плівки, адже це не вимагає спеціальної технологічної оснастки, як для азотування.
Оксидні плівки формуються в результаті однорідного нагрівання поверхні металу, що стимулює процес його окислення [2]. Однак лазерна технологія отримання кольорових оксидних плівок має ряд значних переваг, у тому числі: швидкість, локальність впливу і висока точність. Досягти цього можна завдяки малому діаметру лазерного променя й застосуванню високоточних швидкісних систем сканування. Одержані при лазерному маркуванні зображення можуть мати різні колірні відтінки (практично всіх основних кольорів видимого діапазону спектра).
Виникнення кольору і його зміна обумовлені інтерференцією світла, що виникає внаслідок складання хвиль, що відбиваються від поверхневого шару оксидної плівки й поверхні листа жерсті чи алюмінію. В міру зростання товщини оксиду послідовно виникають умови гасіння променів з тією чи іншою довжиною хвилі (рис. 1), у результаті чого колір може змінюватися від фіолетового до червоного. Однак на колір плівки впливає також і ступінь шорсткості поверхні металу.
Рис. 1. Утворення зображення внаслідок інтерференції світла
Використовуваний для отримання кольорових зображень на поверхні жерсті волоконний лазер володіє певними типовими характеристиками: довжина хвилі випромінювання - 1,06 мкм; максимальна потужність - 10 Вт; тривалість імпульсу - 10 нс, частота повторення імпульсів - від 20 до 100 кГц. Це пов'язано з тим, що поверхні жерсті властивий високий коефіцієнт відображення в ІЧ-області. Значення коефіцієнта відображення різних металів на довжинах хвиль 0,5 і 5 мкм для порівняння наочно показано в табл. Отож використання короткохвильового випромінювання є ефективнішим.
Таблиця
Значення коефіцієнта відбивання різних металів залежно від довжини хвилі лазерного випромінювання
|
Довжина хвилі X, мкм |
Метал |
|||||
|
Жерсть |
Олово |
Алюміній |
Мідь |
Титан |
||
|
0.5 |
63.7 |
62.6 |
91.4 |
63.3 |
52.7 |
|
|
5 |
90.8 |
95.1 |
97.9 |
98.9 |
87.5 |
Для нанесення кольорового зображення аналогічно, як і при звичайному маркуванні, використовують високошвидкісні гальванометричні сканери [1, 4]. Як приклад на рис. 2 подана схема лазерної установки на основі волоконного лазера зі сканером конкретного типу. Лазерна установка включає: волоконний лазер, гальванометричний 2-координатний дзеркальний сканер, систему фокусування, комп'ютер, а також рухливий робочий стіл, який переміщує заготовку у вертикальному напрямку щодо місцерозташування області фокусування лазерного пучка. Із застосуванням комп'ютера здійснюється вибір основних робочих параметрів лазера (потужності й частоти проходження імпульсів), а також управління роботою сканера (включаючи швидкість сканування та інтервал між лініями, уздовж яких переміщується лазерний промінь) і робочого столу.
Найпростіший, але водночас ефективний спосіб переміщення лазерного пучка за зразком (оригіналом) - це метод послідовного сканування, в якому фіксуються початкова й кінцева точки лазерного сканування. Лазерний пучок переміщується по осі ординат до кінця з заданим інтервалом, а потім повертається до початкової точки. Інтервал сканування визначає важливий параметр лазерного маркування - величину розширення зображення, що наноситься.
Рис. 2. Оптична схема утворення кольорового зображення на поверхні металів з допомогою лазерного пристрою
лазерний маркування текстовий графічний металевий
На рис. 3 показано результат лазерної обробки при скануванні металевої поверхні з розширенням 20 ліній/мм. При цьому рисунок кожної лінії створюється незалежно від інших, і підсумкове зображення формується послідовно лінія за лінією. Для утворення плівки однорідного кольору товщина ліній повинна варіювати у межах від 20 до 50 мкм. На такому зображенні, отриманому з допомогою електронної мікроскопії, між лініями сканування видно поверхню жерсті.
Рис. 3. Електронна мікроскопія поверхні зображення, нанесеного лазерним маркуванням
При застосуванні лазерної обробки можливий такий режим сканування, при якому буде відбуватись перекриття ліній руху лазера.
У нашому випадку розширення складає 30 ліній/мм. Оксидний шар формується за рахунок акумуляції енергії сусідніх ліній. Оригінального матеріалу між лініями при цьому не залишається, тому колір обробленої поверхні має більшу однорідність, ніж при скануванні з розширенням 20 ліній/мм. Однак при використанні описаного методу крайні лінії в сформованому таким чином зображенні відрізняються за кольором від інших, оскільки кількість одержуваної ними енергії відмінна від кількості енергії, що припадає на решту площі обробленої лазером поверхні. Характерне зображення поперечного перерізу отриманих таким чином плівок відтворено на рис. 4.
Рис. 4. Електронна мікроскопія поперечного перерізу оксидної плівки (виділено лініями; товщина 320 нм, збільшення в 30000 разів)
Отже, основними параметрами випромінювання лазера, які впливають на якість кольорового зображення, одержаного з допомогою лазерної мікрообробки, є: довжина хвилі випромінювання; якість лазерного пучка і його фокусування; потужність лазера; тривалість імпульсу; частота повторення імпульсів; швидкість сканування.
Література
1. Оборудование и инструмент для профессионалов [Электронный ресурс]: междунар. информ.-техн. журн. - 2013. - №6. - (Серия Металлообработка).
2. ООО «Альт Лазер». Лазерная гравировка и маркировка [Электронный ресурс] // Оборудование и инструмент для профессионалов: междунар. информ.-техн. журн.
3. Панченко В.Я. Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок / Панченко В.Я., Голубев В.С., Васильцов В.В., Галушкин М.Г. и др.; под ред. В.Я. Панченко. - М.: Физматлит, 2009. - 664 с.
4. Спосіб лазерного плавлення з використанням абляційного покриття [Електронний ресурс].
Размещено на allbest.ru
...Подобные документы
Класифікація поліграфічних оригіналів, локальні параметри та загальні характеристики зображень. Діапазон оптичної щільності поліграфічних і цифрових оригіналів, тонові діапазони оригіналів і репродукцій. Психофізіологічні особливості зорового сприйняття.
реферат [369,6 K], добавлен 12.09.2010Вимірювання енергетичних характеристик лазерного випромінювання. Основні типи сучасних лазерів і тенденції їх розвитку. Калориметричні методи вимірювання потужності лазерного випромінювання. Вибір типа калориметричного вимірювача та приймального елементу.
дипломная работа [482,8 K], добавлен 19.02.2012Особливість виготовлення флексографських друкованих форм за технологією Computer to Plate. Аналіз схеми прямого лазерного гравірування. Технологія одержання флексографської друкованої форми при використанні прямого запису зображення на формний матеріал.
реферат [329,9 K], добавлен 20.09.2009Загальні відомості про отримання покриттів газотермічним напиленням. Термічні параметри плазмових струменів. Способи стабілізації дуги в плазмотронах. Плазмове нанесення і обробка. Контроль якості. Правила техніки безпеки при проведенні напилення.
реферат [416,4 K], добавлен 03.02.2009Опис конструкції кожухотрубного теплообмінника, принципи його функціонування. Вибір матеріалів для виготовлення основних вузлів і деталей виробу, що розроблюється. Особливості параметричного (теплового) розрахунку. Схематичне зображення апарату.
контрольная работа [329,8 K], добавлен 24.04.2016Складання специфікації та зображення деталей крою. Технологічна послідовність неподільних операцій на жіночу спідницю. Методичні вказівки по технологічній обробці виробу. Основні міри основних параметрів виробів в готовому вигляді по всій розмірній шкалі.
реферат [2,1 M], добавлен 13.06.2012Передові методи організації виробничих процесів. Характеристика виробу, його призначення та будова. Вибір деревини для виготовлення виробу. Технологічний процес виготовлення виробу. Підрахунок об’єму заготовок для виготовлення виробу.
курсовая работа [77,5 K], добавлен 31.01.2007Серед багатьох дивовижних винаходів, зроблених в XIX столітті, не останнє місце займає фотографія - мистецтво, що дозволило робити миттєве зображення будь-якого предмета або ландшафту. Способи розробки та виникнення фото в ХVІ – поч. ХІХ століття.
реферат [20,4 K], добавлен 09.07.2008Фізико-хімічні властивості титану. Області застосування титану і його сплавів. Технологічна схема отримання губчатого титану магнієтермічним способом. Теоретичні основи процесу хлорування. Отримання тетрахлориду титана. Розрахунок складу шихти для плавки.
курсовая работа [287,7 K], добавлен 09.06.2014Етапи миючого процесу. Принципи роботи і конструкції пральних машин. Параметри, що характеризують якість прання: відпирання, втрата міцності тканини, ефективність полокання. Технологія процесів прання, полоскання і віджимання в сучасних машинах-автоматах.
реферат [378,8 K], добавлен 17.02.2015Технологічна схема й параметри установки мікрофільтрації масла. Методика дослідження процесу мікрофільтрації масла. Режими робочого процесу мікрофільтрації відпрацьованих шторних масел. Дослідження стабільності технологічного процесу та його результати.
реферат [15,7 M], добавлен 19.03.2010Основні принципи здійснення електроерозійного, електрохімічного, ультразвукового, променевого, лазерного, гідроструменевого та плазмового методів обробки матеріалів. Особливості, переваги та недоліки застосування фізико-хімічних способів обробки.
реферат [684,7 K], добавлен 23.10.2010Дослідження історії традиційної народної ляльки-мотанки, яка була символом Берегині роду. Вибір матеріалів, інструментів та обладнання. Технологічна послідовність виготовлення виробу. Економічні розрахунки витрат і собівартості. Екологічна оцінка виробу.
творческая работа [2,3 M], добавлен 10.04.2013Фізико-хімічні особливості процесу виробництва полівінілацетату у двоступеневому реакторі-полімеризаторі. Принципова електрична схема дистанційного керування електродвигунами у виробництві. Якість перехідних процесів в аналоговій та дискретній системі.
курсовая работа [965,7 K], добавлен 07.02.2013Фізико-хімічна характеристика процесу, існуючі методи одержання вінілацетату та їх стисла характеристика. Основні фізико-хімічні властивості сировини, допоміжних матеріалів, готової продукції; технологічна схема; відходи виробництва та їх використання.
реферат [293,9 K], добавлен 25.10.2010Розгляд етапів технологічного процесу виробництва цукру: приймання, доставка на завод, відділення домішок, мийка та зважування буряка, подрібнення в стружку, отримання і очищення дифузійного соку, отримання кристалічного цукру, центрифугування.
курсовая работа [286,1 K], добавлен 24.03.2010Дослідження впливу геометрії процесу різання та вібрацій робочого інструменту на виникнення нерівностей поверхні оброблюваного матеріалу. Характеристика причин формування шорсткості заготовки, пов'язаних із пластичною та пружною деформаціями матеріалу.
реферат [388,7 K], добавлен 08.06.2011Особливості твердого і рідкого стану речовини. Радіальна функція міжатомних відстаней і розподілу атомної густини. Будова розплавів металічних систем з евтектикою. Рентгенодифрактометричні дослідження розплавів. Реєстрація розсіяного випромінювання.
дипломная работа [646,5 K], добавлен 27.02.2013Вивчення вирішення задач технологічного забезпечення якості поверхні деталей та їх експлуатаційних якостей. Огляд геометричних та фізико-механічних параметрів поверхні: хвилястості, твердості, деформаційного зміцнення, наклепу, залишкового напруження.
контрольная работа [196,9 K], добавлен 08.06.2011Фізико-хімічні основи вапнування, коагуляції та іонного обміну з метою освітлення, зм'якшування і знесолювання води. Технологічна схема і апаратурне оформлення процесу отримання знесоленої води методом іонного обміну. Характеристика системи PLANT SCAP.
курсовая работа [40,6 K], добавлен 06.04.2012
