Сравнение лазерного травления: гравировка, маркировка, обработка на станках с ЧПУ

В обширном ландшафте современного производства и обработки материалов методы, используемые для постоянного изменения поверхности материала — будь то для идентификации, эстетики или структурной модификации — имеют решающее значение. Для инженеров, дизайнеров и менеджеров по закупкам понимание основных различий между лазерным травлением, лазерной гравировкой, лазерной маркировкой и традиционной обработкой на станках с ЧПУ имеет первостепенное значение для выбора наиболее эффективной, экономичной и подходящей технологии для любого конкретного проекта. Выбор неправильного процесса может привести к плохой эстетике, недостаточной долговечности или неоправданно высоким затратам и срокам выполнения.

Эти четыре метода представляют собой спектр, варьирующийся от поверхностного изменения поверхности (маркировка и травление) до значительного механического удаления материала (обработка на станках с ЧПУ и более глубокая гравировка). Хотя терминология для лазерных процессов часто используется взаимозаменяемо в общем дискурсе, существуют конкретные технические различия, основанные на механизме взаимодействия с материалом, глубине получаемого элемента и скорости выполнения.

Понимание лазерной маркировки: изменение поверхности

Лазерная маркировка — это процесс без удаления материала, который фокусируется на изменении внешнего вида поверхности материала для создания контраста. Это самый быстрый и поверхностный из лазерных методов. Механизм обычно включает одну из трех реакций:

1. Отжиг: Используется в основном на металлах, таких как нержавеющая сталь, лазер быстро нагревает поверхность, вызывая окисление и локальные изменения кристаллизации под поверхностным слоем. Это приводит к изменению цвета (обычно черный, коричневый или синий) без поднятия или опускания поверхности материала. Он очень долговечен и устойчив к истиранию.

2. Миграция углерода: Используется на полимерах и пластмассах, энергия лазера заставляет углерод мигрировать на поверхность, что приводит к темной, высококонтрастной метке.

3. Вспенивание: Используется на некоторых пластмассах, лазер локально испаряет небольшое количество материала, создавая пузырьки газа, которые рассеивают свет и приводят к поднятой, более светлой метке.

Благодаря высокой скорости и минимальному воздействию на материал лазерная маркировка является предпочтительным выбором для крупносерийных применений, где долговечность и читаемость имеют важное значение, но глубина не имеет значения, например, при нанесении штрих-кодов, QR-кодов, серийных номеров, кодов даты и логотипов на электронные компоненты, медицинские устройства и инструменты.

Определение лазерной гравировки: вычитание материала

Лазерная гравировка — это процесс вычитания, который включает удаление материала для создания полости на поверхности. В этом методе лазерный луч достаточно интенсивен, чтобы испарить или расплавить материал при контакте, буквально врезаясь в подложку.

Глубина лазерной гравировки может варьироваться от нескольких микрометров до нескольких миллиметров, хотя более глубокая гравировка требует нескольких проходов, что значительно увеличивает время цикла по сравнению с маркировкой. Достигнутый контраст зависит от глубины и цвета открытого подповерхностного материала. Поскольку материал физически удаляется, полученная метка очень прочна и может выдерживать износ.

Лазерная гравировка идеально подходит для создания глубоких, постоянных элементов на инструментах, ювелирных изделиях на заказ, персонализированных продуктах и компонентах, требующих заполнения цветом, или там, где элемент должен быть ощутимым. Хотя она медленнее, чем маркировка, она обеспечивает гораздо большую долговечность и контроль глубины, чем травление, и значительно быстрее и точнее, чем обработка на станках с ЧПУ для двухмерных неглубоких элементов.

Уточнение лазерного травления: процесс термического напряжения

Термин «лазерное травление» часто используется свободно для описания любого неглубокого лазерного процесса. Однако технически лазерное травление обычно относится к процессу, при котором локальное плавление и последующее расширение или термическое напряжение вызывают небольшую деформацию поверхности. Оно немного глубже, чем маркировка, но мельче, чем настоящая гравировка.

В таких материалах, как сталь, химическое травление (которое является отдельным процессом, но часто группируется с этим термином) включает нанесение химического агента на область, открытую лазерно-абляционным слоем резиста. В контексте чистой лазерной обработки травление лучше всего характеризуется как очень неглубокий процесс гравировки, который в значительной степени полагается на индуцированное нагревом поверхностное напряжение, часто приводящее к слегка приподнятому или текстурированному элементу, который можно удалить при длительном сильном истирании, что делает его менее постоянным, чем глубокая гравировка или хорошо выполненный отжиг.

Благодаря своей скорости, которая сопоставима с маркировкой, и способности работать с чувствительными материалами, лазерное травление иногда используется для деликатной микромаркировки или там, где тактильное ощущение не требуется, вместо этого фокусируясь на визуальном контрасте за счет незначительного повреждения поверхности.

Контраст: традиционная обработка на станках с ЧПУ

Обработка на станках с ЧПУ, или обработка с числовым программным управлением, резко контрастирует с лазерными процессами. Это механический, вычитающий метод производства, который использует моторизованные режущие инструменты (такие как концевые фрезы, сверла и токарные инструменты), управляемые компьютерной программой для удаления материала и придания формы заготовке.

При применении к поверхностным элементам обработка на станках с ЧПУ часто называется традиционной гравировкой. Этот метод превосходно подходит для достижения самых глубоких элементов, создания трехмерных контуров, фасок, карманов и сложных геометрий, которые лазерные методы не могут воспроизвести.

Основные отличия от лазера:

• Глубина и 3D-возможности: ЧПУ может достигать практически любой глубины и требуется для создания структурных компонентов, а не только поверхностных элементов.

• Скорость: ЧПУ, как правило, является самым медленным процессом для простых, неглубоких меток из-за необходимости смены инструмента, настройки и контролируемого механического перемещения, но это необходимо для высокоточной, глубокой резки.

• Износ инструмента: Инструменты ЧПУ изнашиваются и требуют замены, что влияет на стоимость и согласованность, фактор, отсутствующий в лазерных процессах.

• Твердость материала: ЧПУ очень эффективна практически при любой твердости материала (от мягких пластмасс до инструментальной стали), в то время как эффективность лазера значительно варьируется в зависимости от скорости поглощения материала.

Выбор правильного процесса

Выбор между этими четырьмя методами определяется тремя основными факторами:Требуемая глубина, долговечность и тип материала.

Для чисто эстетических или идентификационных элементов, требующих скорости и точности, лазерный процесс почти всегда является ответом. Если деталь требует элементов, влияющих на ее структурную целостность, посадку или требующих сложных трехмерных кривых, обработка на станках с ЧПУ является единственным жизнеспособным вариантом.

В конечном счете, понимая нюансированные различия — что маркировка изменяет цвет поверхности, травление слегка деформирует поверхность, гравировка удаляет умеренное количество материала, а обработка на станках с ЧПУ механически удаляет значительное количество материала — производители могут выбрать оптимальный процесс для удовлетворения технических и коммерческих требований своих приложений.