基础知识

基础知识 vol.1

Q1 什么是激光？

laser（激光）这个术语是“light amplification by stimulated emission of radiation（通过受激辐射线的放射达到光的放大）”的首字母缩写。

激光有以下属性：

1. （1） 杰出的单色性（光束由纯粹单一波长的光波组成），
2. （2） 杰出的方向性（光束由平行的光波组成，传播时不会扩散），
3. （3） 高度相干性（光束的所有光波相互之间都是相同的）。

普通的光和激光束之间的区别

激光发出具有高方向性的光束，即组成的光波在一条直线上传播，不会扩散。普通的光源发出的光波会朝各个方向扩散。激光束内的光波都是相同颜色的（此性质叫单色性）。普通的光（比如荧光灯管发出的光）一般来说是几种颜色的光混合后表现为白色。当激光束内的光波传播时，它们以完全同步的波峰和波谷发生振荡，这种特性叫做相干性。当两个激光束相互重叠时，每个光束的波峰和波谷只会相互加强，产生一个干涉图。

	普通的光	激光束
方向性 （光波以直线形式传播）	灯泡	激光
单色性	许多不同的波长	单一波
相干性	波峰和波谷排列分散	波峰和波谷排列一致

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Q2 YVO₄激光和CO₂激光之间有什么区别

以下图表根据应用中的典型用途简要描述了不同种类的激光刻印机。

CO₂，YVO₄和YAG激光刻印机之间的区别

CO₂和YVO₄/YAG激光刻印机能产生不同波长的激光，就是说它们各自适合刻印不同类型的材料。这就必须了解每种激光的强项和弱点，从而选择更适合您应用的机型

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Q3 激光刻印机有危险吗？

以下图表根据等级，还有使用每种类型时用户应该注意的事项列出了激光的各个级别。

IEC标准

CO₂ 激光刻印机（ML-Z系列）和YAG激光刻印机（MD-X系列）被归为4类激光。

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Q4 激光刻印机背后的原理是什么？

激光通过振荡器内反射镜之间的往复运动被放大。
被放大的激光从输出镜发出，通过fθ镜头在目标表面聚焦。
激光刻印机通过移动带有独立扫描器的X轴，Y轴和Z轴上的焦点来工作。

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Q5 激光刻印机能在被刻印部件上产生色彩对比度吗？

根据材料的类型，能达到色彩对比度。YAG/YVO₄激光在上色方面比CO₂ 激光更有优势，尽管还要看与树脂材料的兼容性。

激光刻印的分类

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Q6 激光是可见光吗？

激光本身是不可见的。由于激光特有的高度方向性，我们无法看到光束的路线。通常我们只能看到激光在任何物体上的漫反射和反射。在有薄雾或空气中有微粒的环境中，我们能看到光束的路线，因为光被微粒漫反射和反射。

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Q7 激光刻印会消失吗？

由于激光通过“挖掘”或“发色”等对目标物进行物理加工，通常半永久性的刻印不会消失。

使用激光刻印机进行物理加工的示例

反应根据树脂的类型而定。
激光类型（CO₂或YAG）没有说明。

难以消失的刻印

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基础知识 vol.2

Q8 有没有不能用激光进行刻印的东西？

原则上能在各种材料上进行刻印。但是，某些材料根据所使用激光刻印机的类型而无法刻印。因此，激光刻印机的类型一定要根据目标材料和用途来选择。无法利用某些激光刻印机刻印的典型材料示例列出如下。

用CO₂激光刻印机（30W级）难以刻印的材料

大多数金属，锆陶瓷

这些材料几乎不吸收CO₂激光的波长，所以无法进行良好的刻印。YVO₄或YAG激光适用于刻印这些材料。

*CO2 激光加工机（例如100W级或更高）能用于激光机械加工，例如金属切割。

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用YVO₄/ YAG激光刻印机难以刻印的材料

透明物体

YVO₄ / YAG激光刻印机的波长会透过透明物体，使得刻印无法进行。要在透明表面上刻印，请使用CO₂激光刻印机。

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Q9 激光刻印是怎样产生色彩对比度的？

有色刻印的原理被分为四种类型：

1. 发泡刻印
2. 冷凝刻印（需添加剂）
3. 碳化刻印（需添加剂）
4. 通过化学效应刻印

1. 发泡

发射激光时，通过加热在基础材料上产生气泡。气泡蒸发后气体被密封在基础材料上的表层以下，膨胀时呈现白色。较深的基色明显地改变为较浅的基色，因此可见度很高。

示例：红色变粉红色。

2. 冷凝

当基础材料中含有的染料成分吸收了激光的能量，染料的分子密度因为热量而增加，染料因而凝结，变成深色。

3. 碳化

通过持续释放高能量，染料周围的聚合体材料发生碳化，并变黑。

4. 化学变化

基础材料的染料成分中总是含有金属离子。由于金属离子的晶体结构和结晶的含水量被激光束改变，成分结构发生化学变化，增加了染料的浓度，因而能够上色。

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Q10 运行成本是多少？

零成本
原则上说，除了日常的电力成本以外无需各种成本。用光刻印使激光刻印机具备了“无需耗材”和“长使用寿命”两大特点。激光刻印机显著减少了许多材料管理的步骤，而且无需墨水和标签的成本。

比较运行成本

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Q11 可以直视激光吗？

切勿直视激光，被镜面反射的激光或漫反射的激光。

如果眼睛直接暴露在激光下，可能会导致失明。
使用激光设备时，操作员必须戴上专用的防护镜保护眼睛。

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Q12 “刻印空间”是什么意思？

用于三轴控制激光刻印机的术语“刻印空间”就是指用于2D控制激光刻印机的术语“刻印区域”。2D控制激光刻印机只能进行2D刻印，即“区域”。另一方面，三轴控制激光刻印机提供了一个体积或“空间”的概念，因为焦点是不断变化。所以，对于三轴控制激光刻印机，要用“空间”表达，而不是“区域”。

2D控制激光刻印机

→ 刻印区域：120 x 120mm（示例）

焦点调整只能在平面基础上进行，即2D。

三轴控制激光刻印机

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基础知识 vol.3

Q13 激光刻印机怎样创建打印图像？

被放大的激光束把光聚集在目标表面。利用被称为扫描镜的镜子来扫描这个聚集点，激光就能在一次通过后创建打印图像。部分机型使用二轴控制，有一个X轴扫描器和一个Y轴扫描器，只能在平面上进行刻印。KEYENCE 全新的机型还有Z轴扫描器，能进行高度控制。它们能在各种 3 维形状上清晰地刻印。

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Q14 哪些行业会用到激光刻印机？

激光刻印机传统上应用于电器产品，电子元件和金属部件。
今天，它们的用途已经延伸到了医药，汽车，食品和药品，以及其它众多的消费行业。

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Q15 在预先打印好的盒子上刻印用什么更好，激光刻印机还是喷墨打印机？

相比喷墨打印机，激光刻印机拥有更好的打印质量，较低的运行成本，以及少的多的维护工作。
用激光刻印预先打印好的盒子时，创建一个统一的打印背景，增加了打印的可见度。在白色背景上打印时，激光刻印机能打印出烙印图案。

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Q16 激光刻印机的打印是长期性的吗？

激光刻印机的一大特点是能打印半永久性的打印图像。
请注意，由于激光刻印机是对目标表面进行物理加工，所以打印的图像无法像用油墨打印的图像那样容易去除。这种特点使得激光刻印机在安全应用方面（防止伪造）在近年来日益受到青睐。

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Q17 什么是“单一模式”以及它具有那些优势？

单一模式的激光束聚集到一个点上的截面，并展现点对称。单一模式光束较之多模式光束能进行更精细，更高质量的刻印，因为后者的功率分布不一致。

MD-X系列（超级单一模式激光）

峰值功率聚集在光束的中心。由于光束是利用许多短暂的脉冲进行刻印，因而不会造成过大的应力。
这样打印的清晰度就能到达罕见的高水平。

超高清晰打印，超精细处理

• 产生颗粒少
• 打印质量稳定
• 色彩能力提高

YAG（多模式）激光

峰值功率在光束中随机产生。 因为大量的低功率脉冲难以达到统 一的打印质量。

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Q18 激光刻印机还能进行其它哪些处理？

虽然 KEYENCE 的大多数激光刻印机都用来刻印，还是有一大部分被用于加工处理，比如以下这些。

激光刻印机处理示例

CO₂ 激光: 切割和钻孔是 CO₂ 激光刻印机主要的两项处理应用。

YVO₄ 激光: 高精度刻印是 YVO₄ 激光刻印机主要的处理应用。

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基础知识 vol.4

Q19 “峰值功率”是什么意思？

峰值功率是激光一次脉冲能量除以其脉冲宽度的值。它以瓦特表示（W）。

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Q20 KEYENCE的激光刻印机是红外线激光吗？

KEYENCE 的 CO₂ 激光刻印机与 YAG/YVO₄ 激光刻印机使用的是红外激光。这表示光束的波长要大于 780 nm。
一般来说，激光刻印机有许多不同的波长——某些在可见光谱中（380 到 780 nm），其它在紫外光范围中。

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Q21“扫描”和“遮蔽”二者有什么区别？

如同对问题 13 的回答中所作的论述，扫描型激光刻印机把一条单一的激光束在目标上进行扫描，一次通过后就打印出图像。遮蔽型激光刻印机把光束以平面形式发射，通过一个 LC 遮罩或金属遮罩。只有通过遮罩的部分会在目标物体上 进行打印。

扫描激光能达到较高的速度，克服了此方式的限制，使得扫描成为打印的主流方式。

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Q22 YVO₄ 激光刻印机是怎样工作的？

YVO₄ 代表钒酸钇（Y 即钇，VO4 即四氧化钒）。YVO₄ 激光使用 Nd（钕）和一个晶体作为激光介质。用一个灯或激光二极管（LD）作为光源，它们把波长固定的光照到 YVO₄ 晶体上，从而产生波长为 1064 nm的光束——YVO₄ 激光本身，经常用YAG（钇铝石榴石）代替 YVO₄ 晶体作为振荡 1064 nm 激光的介质。这种激光就被称作 YAG 激光。

YVO₄ 激光刻印机的工作原理

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Q23 什么是半导体激光？

简而言之，产生激光需要半导体材料。当p侧的孔与 n 侧的电子结合时，在 p-n 结合点之间的激发层会产生光。

该结构非常类似于二极管。区别是用 GaAs 做主体，能量在它身上表现为光而非热量，从而把二极管变成了 LED（发光二极管）。
半导体晶体（激发层）把光放大，其构造能防止漏光。半导体激光主要用于通信，光盘，以及激光激发源等用途。

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Q24 什么是三轴控制激光？

顾名思义，三 轴控制激光能在目标物体上打印具有 3 维形状的清晰图像。2D控制激光刻印机只能控制 X 轴和 Y 轴，所以它们只能在平面（2 维）上打印。具备 三 轴控制的激光刻印机能在 X 和 Y 轴以及 Z 轴上进行操作。这样的 三 轴控制能在几乎所有的形状上进行多种打印，包括圆柱形，锥形，和倾斜的表面，甚至高度不一的表面。

三 轴控制特点

3D 控制激光刻印机设定示例

3D 控制激光刻印机打印示例

大大减少更改设置所需的工时

三轴控制激光刻印机

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