激光标记印刷技术的原理及应用

激光是一种与普通光源截然不同的相干光源，由于具有高方向性、高单色性和高能量的特点，自20世纪60年代初出现以来，就备受关注。激光在印刷业主要应用在计算机直接制版系统、激光照排机、激光打印机、全息图像印刷、电子出版、激光标记印刷等方面。其中，激光标记印刷已占到激光加工业的45.3%，且应用领域仍在发展和扩大。
激光标记印刷也称激光打标、激光印标，近年来在印刷领域，如包装印刷、票据印刷、防伪标识印刷中的应用越来越多，有些已用于联机生产。本文将系统介绍激光标记印刷技术及相关设备。
激光标记印刷原理
激光标记印刷是通过激光打标机实现图文印刷的，其基本原理是，由激光发生器生成高能量的连续激光光束，当激光作用于承印材料时，处于基态的原子跃迁到较高能量状态；处于较高能量状态的原子是不稳定的，会很快回到基态，当原子返回基态时，会以光子或量子的形式释放出额外的能量，并由光能转换为热能，使表面材料瞬间熔融，甚至气化，从而形成图文标记。
1.激光发生器
下文将以氪灯激光打标系统为例，说明激光发生器的原理。氪灯通电后，以20kV的高压击穿氪灯中的氪气后，电源自动转换输出电压为100V(5A)，维持氪灯连续的弧光放电。在激光发生器中，氪灯位于椭圆形聚光腔的1个焦点上，氪灯产生的弧光经聚光腔反射后，再全部聚焦在另一个焦点--晶体钇铝石榴石 (YAG)上，YAG吸收泵浦光后，形成波长为1060nm的连续激光，连续激光在谐振腔中垂直于光轴的前镜和后镜间往返振荡，并从前镜输出。
2.打标原理
射频驱动器(RFDriver)控制Q-开关的开关状态，连续激光在Q-开关的作用下，变成峰值功率达110kW的脉冲光波，经过光孔的脉冲光达到阈值后，由谐振腔输出到达扩束镜，光束经扩束镜放大后传输到扫描镜，由伺服电机带动X轴、Y轴方向的扫描镜片旋转进行光扫描，最后经平面聚焦场将激光的功率进一步放大后，聚焦在工作平面上进行打标。整个过程由计算机按程序控制。
3.激光打标的特点
激光打标机因其特殊的工作原理，与传统标记方式(移印、喷码、电腐蚀等)相比，具有许多优越性；
1)非接触加工
可在任何规则或不规则表面打印标记，且打标后工件不会产生内应力；
2)材料适用面广
可在金属、塑料、陶瓷、玻璃、纸张、皮革等不同种类或不同硬度的材料上打印；
3)可与生产线上的其他设备集成，提高生产线的自动化程度；
4)标记清晰、持久、美观，并可有效防伪；
5)使用寿命长、无污染；
6)运行成本低
打标速度快且标记一次成型，能耗小，因而运行成本低。
虽然激光打标机的设备投资比传统标记设备大，但从运行成本而言，使用激光打标机要低得多。
①塑封三极管打标：打标机工作速度为10个/秒，若设备折旧以5年计算，打标费用为0.00048元/个。如果使用移印机，其综合运行成本约为0.002元/个，甚至更高。