1. Problem: Schlackenspritzer
Eine Lasermarkierungsmaschine erzeugt durch das Aufbringen eines Laserstrahls auf die Oberfläche verschiedenster Materialien eine dauerhafte Markierung. Der Markierungseffekt beruht auf der Verdampfung des Oberflächenmaterials, wodurch tiefer liegende Schichten freigelegt und so feine Muster, Marken und Texte graviert werden können. Lasermarkierungsmaschinen werden hauptsächlich in CO₂-, Halbleiter-, Faser- und YAG-Laser unterteilt. Sie kommen vor allem dort zum Einsatz, wo höchste Präzision und Feinheit erforderlich sind. Anwendungsgebiete sind beispielsweise elektronische Bauteile, integrierte Schaltungen (ICs), Elektrogeräte, Mobiltelefone, Hardwareprodukte, Werkzeugzubehör, Präzisionsinstrumente, Brillen und Uhren, Schmuck, Autoteile, Kunststoffschlüssel, Baumaterialien und PVC-Rohre.
Dieser Artikel vermittelt Ihnen ein schnelles Verständnis der MOPA-Faserlaser-Markiermaschine.
1. Der Unterschied zwischen Q-Modulation und MOPA-Technologie in Faserlasern
Die beiden wichtigsten Arten von gepulsten Faserlasern für Lasermarkierungsanwendungen sind derzeit die Q-modulierte Technologie und die MOPA-Technologie. Letztere besteht aus einem Laseroszillator und einem kaskadierten Verstärker. In der Industrie bezeichnet der Begriff MOPA-Laser einen einzigartigen, besonders intelligenten Nanosekunden-Faserlaser, der aus einer elektrisch gepulsten Halbleiterlaser-Seedquelle und einem Faserverstärker besteht. Seine „Intelligenz“ zeigt sich vor allem in der unabhängig einstellbaren Pulsbreite (2–500 ns) und der möglichen Megahertz-Wiederholfrequenz. Bei der Q-modulierten Faserlaser-Seedquelle wird der Verlustmodulator in den Faserresonator integriert. Durch periodische Modulation der optischen Verluste im Resonator wird eine bestimmte Pulsbreite im Nanosekundenbereich erzeugt. Dieses häufig auftretende Problem wird im Folgenden kurz unter drei Gesichtspunkten analysiert: Laserstruktur, optische Ausgangsparameter und Anwendungsszenarien.
2. Interne Struktur des Lasers
Der interne Aufbau von MOPA-Faserlasern und Q-modulierten Faserlasern unterscheidet sich hauptsächlich in der Erzeugung des Anregungslichtsignals. Dieses wird durch einen elektrischen Impuls erzeugt, der den Halbleiterlaserchip ansteuert. Das Ausgangslichtsignal wird also durch das ansteuernde elektrische Signal moduliert, wodurch eine hohe Flexibilität bei der Erzeugung verschiedener Pulsparameter (Pulsbreite, Wiederholfrequenz, Pulsform und Leistung usw.) besteht. Das optische Anregungslichtsignal des Q-modulierten Faserlasers wird durch periodisches Erhöhen oder Verringern der optischen Verluste im Resonator erzeugt, wodurch ein gepulstes optisches Ausgangssignal entsteht. Dieser Laser ist einfacher aufgebaut und kostengünstiger. Die Pulsparameter sind jedoch durch die Q-Modulation und andere Faktoren begrenzt.
Das interne Strukturprinzip des MOPA-Faserlasers und des Q-modulierten Faserlasers wird schematisch wie folgt dargestellt.
3. Optische Ausgangsparameter
Die Ausgangspulsbreite des MOPA-Faserlasers ist unabhängig einstellbar. Die Pulsbreite des MOPA-Faserlasers ist beliebig einstellbar (Bereich 2 ns bis 500 ns).
Je schmaler die Impulsbreite, desto kleiner die wärmebeeinflusste Fläche und desto höher die erzielbare Bearbeitungsgenauigkeit.
Die Ausgangspulsbreite von Q-modulierten Faserlasern ist nicht einstellbar und liegt üblicherweise zwischen 80 ns und 140 ns. MOPA-Faserlaser hingegen weisen einen größeren Frequenzbereich auf und erreichen Ausgangsfrequenzen im MHz-Bereich. Eine hohe Wiederholfrequenz bedeutet eine hohe Verarbeitungseffizienz, und MOPA-Laser behalten auch bei hohen Wiederholfrequenzen ihre hohe Spitzenleistung bei. Q-modulierte Faserlaser sind durch die Betriebsbedingungen des Q-Schalters begrenzt und weisen einen engen Ausgangsfrequenzbereich auf, der bei hohen Frequenzen nur etwa 100 kHz erreicht.
4. Anwendungsszenarien
Der MOPA-Faserlaser verfügt über ein breites Parameterspektrum und eignet sich daher neben herkömmlichen Anwendungen in der Nanosekunden-Laserbearbeitung auch für spezielle Präzisionsbearbeitungsanwendungen. Seine einzigartige geringe Pulsdauer, hohe Wiederholfrequenz und hohe Spitzenleistung ermöglichen dies. Zum Beispiel.
Anwendungen zum Entlacken dünner Aluminiumoxidbleche
Da immer dünnere und leichtere Elektronikprodukte wie Handys, Tablets und Computer ein Gehäuse aus dünnem Aluminiumoxid verwenden, kann der Einsatz eines Q-modulierten Lasers bei der Markierung leitfähiger Stellen auf dünnen Aluminiumplatten leicht zu Materialverformungen und Wölbungen auf der Gehäuserückseite führen, was das Erscheinungsbild beeinträchtigt. Der Einsatz eines MOPA-Lasers mit kürzeren Pulsdauern hingegen reduziert die Materialverformung und sorgt für eine feinere, hellere Kontur. Dies liegt daran, dass der MOPA-Laser durch die kurze Pulsdauer zwar kürzer im Material verweilt, aber dennoch genügend Energie für die Abtragung der Anodenschicht besitzt. Daher ist der MOPA-Laser für die Anodenentfernung auf dünnen Aluminiumoxidoberflächen die bessere Wahl.
Anwendung zum Schwärzen von eloxiertem Aluminium
Die Laserbeschriftung von eloxiertem Aluminium mit schwarzen Logos, Modellnummern, Texten usw. hat sich in den letzten zwei Jahren bei Elektronikherstellern wie Apple, Huawei, ZTE, Lenovo und Meizu zunehmend etabliert. Sie dient dazu, Logos, Modellnummern etc. mit schwarzen Markierungen auf den Gehäusen ihrer Produkte anzubringen. Aktuell ist für diese Anwendung nur der MOPA-Laser geeignet. Dank seiner großen Einstellmöglichkeiten für Pulsbreite und Pulsfrequenz ermöglicht die Verwendung schmaler Pulsbreiten und hoher Frequenzen die Erzeugung schwarzer Markierungen auf der Materialoberfläche. Durch unterschiedliche Parameterkombinationen lassen sich zudem verschiedene Graustufeneffekte erzielen.
Farblasermarkierung
Die Farblasermarkierung ist ein neuartiges Lasermarkierungsverfahren. Aktuell wird diese Technologie nur für die MOPA-Lasermarkierung von Edelstahl, Chrom, Titan und anderen Metallen mit Farbmustern eingesetzt. Bei der Farbmarkierung von Edelstahl kann der Laserstrahl so eingestellt werden, dass sich die Farbe der Oberflächenschicht ändert und so ein dekorativer Effekt durch verschiedene Farben erzielt wird. Für die Edelstahlindustrie bietet dieses Verfahren die Möglichkeit, farbige Markierungsmuster hinzuzufügen und verschiedene Textmuster nach Wunsch zu gestalten. Die Bedienung ist komfortabel und einfach: umweltfreundlich und emissionsfrei. Die Markierungsgeschwindigkeit erhöht den Mehrwert von Edelstahlprodukten und steigert deren Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt.
Im Allgemeinen sind Pulsbreite und Frequenz des MOPA-Faserlasers unabhängig voneinander einstellbar, und es steht ein großer Bereich an Parametern zur Verfügung. Dadurch eignet er sich hervorragend für die Bearbeitung feiner Oberflächen mit geringer thermischer Belastung. Seine Vorteile liegen in der Markierung dünner Aluminiumoxidplatten, eloxiertem Aluminium (schwarz), Edelstahl usw. – Effekte, die mit einem Q-modulierten Faserlaser nicht erzielt werden können. Q-modulierte Faserlaser zeichnen sich durch eine stärkere Markierung aus und bieten gewisse Vorteile bei der Tiefengravur von Metallen, allerdings ist das Markierungsergebnis gröber. Die wichtigsten Merkmale von MOPA-Pulsfaserlasern im Vergleich zu Q-modulierten Faserlasern in gängigen Markierungsanwendungen sind in der folgenden Tabelle dargestellt. Anwender können den passenden Laser entsprechend den Anforderungen an Markierungsmaterialien und -ergebnisse auswählen.
| Anwendungsname | Q-modulierte Laser | MOPA-Laser |
| Oberflächenentfernen von Aluminiumoxidblechen | Das Substrat lässt sich leicht verformen, wodurch konvexe Ausbuchtungen und raue Bodenlinien entstehen. | Kleine Impulsbreite, geringe thermische Restwärme, keine Verformung des Substrats, feines und helles weißes Grundmuster |
| Eloxiertes Aluminium, schwärzen | Nur eine begrenzte Menge an qualitativ hochwertigem Abstauben ist möglich. | Durch eine Vielzahl von Parametereinstellungen können Sie verschiedene Graustufen und Schwarztöne bei der Schwarzverarbeitung festlegen. |
| Metall-Tiefengravur | Leistungsstark, geeignet für tiefe Schnitzereien, grobe Hinterschneidungen | Geringe Gravurtiefe, aber feine Unterstreichung, leichte Verjüngung, ermöglicht hellweiße Bearbeitung |
| Edelstahlfarbe | Der Fokus muss unscharf sein, der Effekt ist schwieriger anzupassen. | Durch Anpassen der Kombination aus Pulsbreite und Frequenz lassen sich verschiedene Farben erzeugen. |
| ABS und andere Kunststoffverarbeitung | Leichte Vergilbung, schweres Gefühl, schnell | Keine Haptik, vergilbt nicht leicht, feine Verarbeitung |
| Farbentfernung von durchscheinenden Kunststoffschlüsseln | Schwerer zu entfernen | Leicht zu entfernen, saubere, klare Kantenkontur, bessere Lichtdurchlässigkeit, hohe Effizienz |
| Leiterplattenmarkierungs-Barcode, 2D-Code | Hohe Einzelpulsenergie, aber Epoxidharz reagiert empfindlich auf Laserenergie. | Durch die Verwendung kleiner Impulsbreiten und mittlerer Frequenz werden Barcodes und 2D-Codes klarer, abriebfester und leichter zu scannen. |
5. Leistungsmerkmale der MOPA-Lasermarkierungsmaschine
Die MOPA-Lasermarkierungsmaschine gehört zur Kategorie der Lasermarkierungsmaschinen. Sie nutzt einen direkt elektrisch modulierten Halbleiterlaser als Seed-Quelle (MOPA-Faserlaser). Im Vergleich zu Q-modulierten Faserlasern sind Pulsfrequenz und Pulsbreite des MOPA-Faserlasers unabhängig voneinander steuerbar. Durch die Anpassung dieser beiden Laserparameter ermöglicht das Hochgeschwindigkeits-Scanoszillatorsystem eine konstant hohe Spitzenleistung und die Markierung eines breiteren Substratspektrums. Mit ihrem hochwertigen Laserstrahl, den geringen Betriebskosten und einer wartungsfreien Lebensdauer von 100.000 Stunden eignet sie sich für die Markierung von Aluminiumoxid-Schwarz, Edelstahl 304, zum Entlacken von Anoden und Beschichtungen sowie für die Halbleiter- und Elektronikindustrie, die Markierung von Kunststoffen und anderen empfindlichen Materialien und die PVC-Rohrindustrie. Die Markierungsmuster entsprechen den RoHS-Standards und sind umweltfreundlich.
Im Vergleich zu herkömmlichen Lasermarkierungsmaschinen bietet die MOPA-Lasermarkierungsmaschine eine Pulsbreite von 4–200 ns (M1) bzw. 2–200 ns (M6). Die Pulsbreite herkömmlicher Lasermarkierungsmaschinen liegt bei 118–126 ns. Die MOPA-Lasermarkierungsmaschine ermöglicht also einen deutlich größeren Einstellbereich der Pulsbreite. Dies erklärt, warum manche Produkte mit herkömmlichen Faserlasermarkierungsmaschinen nicht markiert werden können, mit der MOPA-Lasermarkierungsmaschine jedoch schon.
Viele Kunden kaufen MOPA-Lasermarkierungsmaschinen in der Erwartung, die gleiche Bearbeitungsgeschwindigkeit wie bei herkömmlichen Faserlaser-Markierungsmaschinen zu erreichen. Dies ist jedoch nicht der Fall, da sich die beiden Technologien unterscheiden. Bei der Gravur von Farbeffekten muss die Maschine mit minimalen Schatteneffekten und hohen Frequenzen arbeiten. Dies ermöglicht zwar eine hohe Gravurauflösung, führt aber gleichzeitig zu einer deutlich geringeren Gravurgeschwindigkeit. Auch bei der Tiefengravur von Metallen bietet die MOPA-Lasermarkierungsmaschine möglicherweise keinen Vorteil, da sie hinsichtlich der Einzelpulsenergie keine Vorteile bietet. Allerdings ist das Ergebnis feiner und im größeren Maßstab besser als bei herkömmlichen Lasermarkierungsmaschinen. Daher sollten Kunden vor dem Kauf einer MOPA-Lasermarkierungsmaschine die Vor- und Nachteile dieses Maschinentyps genau kennen.
Die MOPA Lasermarkierungsmaschine eignet sich für Feinmarkierungsprozesse an metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen, wie z. B. Lasergravur von Teilen digitaler Produkte (schwarz), Handy-Rückseiten, iPads, Aluminium (schwarz), Handy-Tasten, durchscheinende Kunststofftasten, elektronische Bauteile, integrierte Schaltkreise (ICs), Elektrogeräte, Kommunikationsprodukte, Badezimmerausstattung, Werkzeugzubehör, Schneidwerkzeuge, Brillen und Uhren, Schmuck, Autoteile, Gepäck und Taschen, Kochgeschirr, Edelstahlprodukte und andere Branchen.
Die Firma Maven Laser Automation konzentriert sich seit 14 Jahren auf die Laserindustrie. Wir sind spezialisiert auf Lasermarkierung und bieten Faserlaser-, CO2-Laser- und UV-Lasermarkierungsmaschinen an. Darüber hinaus verfügen wir auch über Laserschweiß-, Laserschneid- und Laserreinigungsmaschinen. Wenn Sie an unseren Maschinen interessiert sind, folgen Sie uns und kontaktieren Sie uns gerne.
Veröffentlichungsdatum: 15. November 2022
