CO2激光器优化方法,看完就懂了

 行业动态     |      2019-03-18 09:40
  CO2激光器其中主要物质就是二氧化碳分子,跟其他气体激光器差不多,受激发射过程是比较复杂。CO2激光器用途是非常广泛的,可以用来切割标签,那么究竟是怎样的呢?
 
  下面小编就给大家介绍一下CO2激光器优化方法,相关内容是什么?
 
  CO2激光器优化方法:
 
  数字印刷技术的革新与发展极大改变了标签制作和生产的现状。有了灵活的印刷设计,轻松改变切割形状,以便使形状契合匹配需求就变得十分重要。传统上,标签切割是由机械压模机和分切机刀片完成的,在这种情况下,用户一个生产轮班进行一种设计规格的生产。储存多种模具的高昂成本及复杂的物流工作使得切割多种形状变得难以实行。而且,由于换刀引起的停机造成了生产效率的下降,而这往往对运营成本具有决定性作用。带有高速扫描头的激光切割将这个工作变成了非常有活力且简单灵活的过程。切割设计可以通过软件随时随地完成,而且不需要中断生产线。
 
CO2激光器
 
  激光切割的一个应用是使用CO2 激光束进行高速标签切割。泛泛而讲,这种应用被划分在转变型加工一类,业内一般认可的定义是,对一卷材料进行“加工”,使其变为另一种形式的工艺。其中包括切割标签、多孔塑料、纸膜;为折叠纸盒切边;刻划易撕型食品袋等等。
 
  激光加工有诸多优势。除了可以对新设计随时进行数字化灵活更改外,非接触式加工带来的产能提高也是不容忽视的重要收益,尤其是如今标签变得越来越薄,这些工艺特点使用户可以按照要求的深度对其进行选择性的“吻切”。同时,激光切割加工没有耗材(即没有机械磨损件),工艺可重复性强(激光器不会产生钝化问题)。因此,激光、数码、非接触式技术的性能优势非常令人瞩目。
 
  对于CO2激光打标机而言,激光管的质量和性能直接影响到CO2激光打标机的工作效率,这也是co2激光打标机最重要的部分之一。一般co2激光打标机激光器常用硬质玻璃制成,一般采用层套筒式结构。最里面一层是放电管,第2层为水冷套管,最外一层为储气管。
 
  CO2激光器放电管直径比He-Ne激光管粗。放电管的粗细一般来说对输出功率没有影响,主要考虑到光斑大小所引起的衍射效应,应根据管长而定。管长的粗一点,管短的细一点。放电管长度与输出功率成正比。在一定的长度范围内,每米放电管长度输出的功率随总长度而增加。加水冷套的目的是冷却工作气体,使输出功率稳定。
 
  放电管在两端都与储气管连接,即储气管的一端有一小孔与放电管相通,另一端经过螺旋形回气管与放电管相通,这样就可使气体在放电管中与储气管中循环流动,放电管中的气体随时交换。被广泛适用于亚克力、塑料产品等非金属打标、雕刻;并且发展到对电镀低碳钢打标的能力。CO2激光器还被用在自动化系统中对电子仪器的柔性电路板和膜片的聚酰亚胺和聚酯薄板。
 
CO2激光器
 
  激光管主要由硬质玻璃、谐振腔、电极三部分组成。
 
  1.硬质玻璃部分:本部件由GG17料烧制成放电管、水冷套、储气套和回气管而组成。封离式CO2激光器通常为三层套管结构。最里面的是放电管,中间是水净套,最外一层是储气套,回气管是用于连通放电管和储气管。
 
  2.谐振腔部分:本部件由全反镜和输出反射镜组成。谐振腔的全反镜一般以光学玻璃为基底,表面渡金膜,金膜反射镜在10.6um附近的反射率达98%以上;谐振腔的输出反射镜一般采用能透射10.6um辐射的红外线材料锗(Ge)为基底,在上面渡上多层介质膜而制成。
 
  3.电极部分:CO2激光器一般采用冷阴极,形状为圆筒形,阴极材料选用对激光器的寿命有很大的影响,对阴极材料的基本要求是:溅射率低,气体吸收率小.
 
  标签市场
 
  市场分析师预计,受到新兴市场以及制药、食品/饮料容器、化妆品等终端市场的拉动,2016-2020年期间激光切割市场会出现6%的强劲复合年均增长率(CAGR)。虽然与预计增长较快的传统机床相比,激光切割市场的增长相对较慢(小于1%),但因数码印刷的发展和演变,预计激光切割市场会以较快的速度发展。许多公司已开始研究激光切割标签的优势。
 
  激光加工解决方案提供了令人信服的价值主张。它可以为客户节约数日到数周的换刀停机时间,并提供了的灵活性。如,最简单的设备平板模切机床,单单是刀具加工成本就要100美元以上,新刀具的设计还需要花费数天时间。半旋转柔性模切刀具和旋转模切刀都面临类似的问题,而且这些刀具的工装成本还更昂贵。半旋转模切刀具的加工成本要几百美元,而且需要3-5天的交付时间。全旋转模切刀具成本介于1000-2000美元,交付时间约2周。很显然,交付时间长、不能满足快速设计变更对生产能力造成很大的制约性。“激光设备现在只占到标签切割市场的1-2%,”“这种机械式设备非常适合长时间重复加工的需要,并且成本比激光设备低4-8倍。因此,激光设备的成本并没有体现出优势。
 
CO2激光器
 
  优化标签的激光切割工艺
 
  在标签切割应用中,为了获得的生产效率,尽可能让标签材料吸收更多的激光能量是非常重要的。使用CO2激光器可以实现对大多数塑料和纸质标签的高品质切割,因为这些材料可以很好地吸收激光器生成的长波。烧焦后并散发出有害气体的乙烯基标签除外。
 
  为了进一步优化标签的激光切割工艺,要考虑到某些特定的标签材料以及它们会如何吸收CO2 激光器发射的不同激光波长等因素。标签片材含有不同层的材料。有底纸背衬、胶黏剂涂层的塑料或纸质标签,然后上面再敷上一层作防护的清漆或复合涂层。首先,最上面的一层会吸收最多的激光能量,因此,这一层材料的吸收特性尤为重要。例如,与常规的10.6μm激光波长相比,一般情况下聚丙烯标签(一般用作施胶标签)对10.2–10.3μm的波长具备更好的吸收性能。这样,就可以将激光功率调整在这个水平,以提高生产率和加工质量。
 
  测试样例的设置
 
  在这个特别测试中,一款配置了Synrad专用p250 CO2 激光器的动态三轴激光打标系统 Flyer 3D 能够在较大面积范围的产品线上快速准确的打标。Flyer 3D子系统的字段大小为400 × 350mm,聚焦光斑尺寸为282μm。在高速加工时,配置带有高速振镜的扫描头系统,以便对光束进行操纵和调控。X-Y绘图机对于量产级的生产而言,其加工速度显得太慢。另外,p250 CO2 激光器出色的稳定性使标签切割深度具有优异的一致性,因此,即便是长时间加工后,依然可以保持恒定的加工质量。
 
  采用实验配置,对用厚度为0.1mm的聚丙烯膜制成的标签片材进行切割测试。p250激光器以50kHz的脉冲宽度调制(PWM)、45%的占空比运行。这种高重复率的脉冲合并在一起,可以对材料进行连续的切割。扫描头的平均功率为275W。在标准的10.6μm波长上,标签的激光切割速度为4064mm/s。由于聚丙烯标签材料(图2) 的吸收率提高,当采用10.2/10.3μm波长的激光器时,切割速度可以增加1.5倍。另外,聚丙烯层传导到底纸背衬的能量损失减少,使得擦痕可以降至几近忽略的水平。标签可以很容易地从背衬片材上撕下,边缘清洁、光滑,熔融很少(图3)。
 
  CO2 激光器展现了在选择性加工应用,如标签切割方面的能力。在这种情况下,需要灵活切割多种在加工过程中形状容易变化的材料。而且,通过优化CO2 波长使之与标签材料相吻合,使其与传统波长为标准的10.6μm的激光系统相比,可以提高切割速度和质量。这点不仅在实验室中,而且在生产现场均得到了证实。
 
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CO2激光器