Лазерная маркировка — самый современный метод нанесения графической или текстовой информации на поверхности материалов широкого спектра. Она представляет собой локальное облучение поверхности сфокусированным лазерным излучением с высокой плотностью мощности, которое сопровождается удалением материала (абляцией), изменением его цвета и структуры в результате физической или химической реакции, в результате чего формируется перманентное изображение высокой точности.
По сравнению с традиционной механической гравировкой, химическим травлением, трафаретной печатью и струйной маркировкой лазерная маркировка обладает рядом преимуществ (табл. 1).

Таблица 1. Сравнение лазерной маркировки и струйной печати

Установки для лазерной маркировки изготавливают на основе газовых, волоконных и твердотельных лазеров.
Лазерные маркировщики на основе СО₂‑лазера обычно применяются для маркировки неметаллов: бумаги, кожи, дерева и т. д. Они имеют небольшой ресурс работы и требуют сложного технического обслуживания.
Наиболее широкое распространение получили волоконные лазерные маркировщики. Их популярность обоснована более низкой стоимостью, большим ресурсом работы (около 100 000 рабочих часов без обслуживания излучателя) и простотой эксплуатации. Волоконные лазеры с конструкцией, выполненной по схеме MOPA (оптического усилителя мощности), с перестраиваемой длительностью импульса позволяют получать черную маркировку на анодированном алюминии, цветную маркировку на металлах, более контрастную маркировку на некоторых видах пластиков, в отличие от обычных волоконных лазеров.

Рис. 1. Пример СО₂‑лазерной маркировки на скорлупе.

Рис. 2. Пример СО₂‑лазерной маркировки на коже.

Рис. 3. Пример волоконной лазерной маркировки на керамике

Рис. 4. Пример волоконной лазерной маркировки на металле

Недостаток волоконных лазеров заключается в том, что при маркировке пластиков они выжигают материал, маркировка получается неконтрастной и недостаточно высокой точности.
Большинство проблем волоконных маркировщиков решается использованием маркировщиков на основе ультрафиолетового лазера с длиной волны излучения 355 нм.
355 нм — длина волны излучения третьей гармоники твердотельного лазера. Ее генерация происходит по следующей схеме: источник накачки, диод с длиной волны 808 нм, создает инверсию населенности в кристалле Nd: YVO4, который излучает на длине волны 1064 нм. Его излучение попадает на нелинейный кристалл I, в котором возбуждается вторая гармоника (532 нм), затем излучение основной частоты смешивается с излучением второй гармоники на нелинейном кристалле II. В результате на выходе излучается третья гармоника.

Рис. 5. Схема генерации третьей гармоники твердотельного лазера (на примере УФ-лазера компании Huaray).

Длина волны ультрафиолетового лазера 355 нм универсальна для маркировки широкого спектра материалов и идеально подходит для применений, требующих «холодной маркировки», то есть с небольшой зоной теплового воздействия. Ультрафиолетовый лазер может выполнять маркировку пластмасс и силиконовых материалов, бумаги, а также маркировку стекла с меньшим риском микроразрушений.
Ультрафиолетовый лазер излучает на длине волны, в 3 раза меньшей волоконного лазера, 355 нм против 1064 нм, что позволяет достигнуть меньшего размера пятна на обрабатываемой поверхности. А также длина импульса УФ-лазеров короче, чем у волоконных, за счет чего то же самое количество энергии сообщается материалу за меньшее время. Таким образом, при обработке некоторых полимеров УФ-излучение не «выжигает» материал, а модифицирует его, разрушая химические связи в веществе, за счет концентрации большой энергий в меньшем объеме и за меньшее время.
Все это позволяет получить контрастное изображение высокой точности на пластике любого цвета (в том числе черном ПВХ и сшитом полиэтилене).
На рис. 6–9 приведены примеры маркировки, выполненной маркировщиками на основе волоконного (Fiber), СО₂ и УФ (DPSS) лазеров на различных материалах.

Рис. 6. Маркировка на пластике, выполненная УФ-лазером (DPSS), имеет более высокое разрешение

Рис. 7. Маркировка бумаги: УФ-лазер, в отличие от СО₂‑лазера, не карбонизирует бумагу

Рис. 8. Маркировка пластиков: четкая и контрастная маркировка УФ-лазером как на белом, так и на цветном пластике

Рис. 9. Сравнение маркировки трубы, выполненной на волоконном маркировщике (1064 нм) и УФ-маркировщике (355 нм): волоконный плавит материал, УФ-осветляет

Установки для лазерной маркировки на основе ультрафиолетового лазера с длиной волны 355 нм применяются  для прецизионной обработки электронных компонентов, маркировки печатных плат и микрочипов, солнечных батарей, точной маркировки медицинских инструментов, а также всех видов стекла, керамики, LED-панелей, пластиков, бумаги, активно применяются на производстве кабелей, позволяя наносить контрастную маркировку с высоким разрешением на изоляцию кабеля любого диаметра, а также идентификационную информацию (серийные номера, QR-коды, штрих-коды и т. д.) на поверхности материалов широкого спектра, в том числе на «трудные материалы»: сшитый полиэтилен, полиэтилен, пвх и др.
Все приведенные примеры маркировки изделий выполнены на оборудовании, производимом компаниями HGTECH. В основе установок находился твердотельный лазерный источник (DPSS), производимый компанией Huaray.

Источник: журнал "РИТМ машиностроения" № 1-2019