1. Problema: Respingo de escória
A máquina de marcação a laser utiliza um feixe de laser para marcar permanentemente a superfície de diversos materiais. O efeito da marcação consiste em revelar o material em profundidade através da evaporação da camada superficial, gravando assim padrões, marcas e textos com precisão. As máquinas de marcação a laser dividem-se principalmente em máquinas de marcação a laser de CO2, máquinas de marcação a laser semicondutoras, máquinas de marcação a laser de fibra e máquinas de marcação a laser YAG. São utilizadas principalmente em aplicações que exigem maior precisão e acabamento. Entre as suas aplicações, destacam-se componentes eletrônicos, circuitos integrados (CI), eletrodomésticos, comunicação por celular, produtos de hardware, acessórios para ferramentas, instrumentos de precisão, óculos e relógios, joias, autopeças, chaves de plástico, materiais de construção e tubos de PVC.
Este artigo oferece uma visão geral rápida da máquina de marcação a laser de fibra MOPA.
1. A diferença entre a modulação Q e a tecnologia MOPA em lasers de fibra.
Os dois principais tipos de lasers de fibra pulsados atualmente no mercado para aplicações de marcação a laser são a tecnologia Q-modulada e a tecnologia MOPA, que consiste em uma estrutura de laser composta por um oscilador laser em cascata com um amplificador. Na indústria, o laser MOPA refere-se a um laser de fibra pulsado de nanossegundos único e mais "inteligente", composto por uma fonte de semente de laser semicondutora acionada por um pulso elétrico e um amplificador de fibra. Sua "inteligência" se reflete principalmente na largura do pulso de saída, que é ajustável independentemente (a faixa pode chegar a 2 ns-500 ns), e na frequência de repetição, que pode chegar a megahertz. A estrutura da fonte de semente do laser de fibra Q-modulada é inserida em um modulador de perda na cavidade de oscilação da fibra, modulando periodicamente a perda óptica na cavidade ressonante para produzir uma determinada largura de pulso de luz de nanossegundos. Para este problema frequentemente complexo, faremos uma breve análise sob três aspectos: estrutura interna do laser, parâmetros ópticos de saída e cenários de aplicação.
2. Estrutura interna do laser
A estrutura interna dos lasers de fibra MOPA e dos lasers de fibra modulados por Q difere principalmente na forma de geração do sinal de luz pulsado inicial. O sinal de luz inicial é gerado pelo pulso elétrico que aciona o chip do laser semicondutor, ou seja, o sinal de luz de saída é modulado pelo sinal elétrico de acionamento. Isso proporciona grande flexibilidade na geração de diferentes parâmetros de pulso (largura de pulso, frequência de repetição, forma de onda e potência do pulso, etc.). Já o sinal óptico pulsado inicial do laser de fibra modulado por Q é gerado pelo aumento ou diminuição periódica da perda óptica na cavidade ressonante para produzir uma saída óptica pulsada. Essa tecnologia é mais simples em sua estrutura e mais vantajosa em termos de custo. No entanto, os parâmetros do pulso são, em certa medida, limitados pelos dispositivos de modulação Q e outras influências.
O princípio da estrutura interna do laser de fibra MOPA e do laser de fibra modulado por Q é mostrado esquematicamente a seguir.
3. Parâmetros ópticos de saída
A largura do pulso de saída do laser de fibra MOPA é ajustável independentemente. A largura do pulso do laser de fibra MOPA possui sintonização arbitrária (faixa de 2 ns a 500 ns).
Quanto menor a largura do pulso, menor a área afetada pelo calor e maior a precisão do processamento que pode ser obtida.
A largura do pulso de saída do laser de fibra modulado em Q não é ajustável, sendo geralmente emitida com um valor fixo de 80 ns a 140 ns. O laser de fibra MOPA possui uma faixa de frequências de repetição mais ampla, podendo atingir frequências de saída de MHz. Altas frequências de repetição significam alta eficiência de processamento, e o MOPA consegue manter características de alta potência de pico mesmo sob condições de alta frequência de repetição. Os lasers de fibra modulados em Q são limitados pelas condições de operação do interruptor Q e possuem uma faixa de frequência de saída estreita, atingindo apenas cerca de 100 kHz em altas frequências.
4. Cenários de Aplicação
O laser de fibra MOPA possui uma ampla gama de parâmetros, portanto, além de abranger aplicações convencionais de processamento a laser em nanossegundos, ele também pode aproveitar sua largura de pulso estreita exclusiva, alta refrequência e alta potência de pico para alcançar algumas aplicações de processamento de precisão exclusivas. Por exemplo:
aplicações de decapagem superficial de chapas finas de óxido de alumínio
Atualmente, produtos eletrônicos cada vez mais finos e leves, como celulares, tablets e computadores, utilizam óxido de alumínio fino como revestimento. O uso de laser modulado em Q para marcar o ponto condutor em placas finas de alumínio pode facilmente causar deformações no material, resultando em uma parte traseira convexa e afetando diretamente a estética do produto. Já o uso de laser MOPA, com parâmetros de largura de pulso menores, evita a deformação do material e proporciona uma linha de fundo mais fina e brilhante. Isso ocorre porque o laser MOPA, com seus parâmetros de largura de pulso menores, permite que o laser permaneça no material por um tempo mais curto, mantendo energia suficiente para remover a camada anódica. Portanto, para o processamento de remoção de ânodo em superfícies finas de óxido de alumínio, o laser MOPA é a melhor opção.
Aplicação de escurecimento de alumínio anodizado
A utilização de laser para marcar logotipos, números de modelo, textos, etc., em preto na superfície de alumínio anodizado, tem sido cada vez mais adotada por fabricantes de eletrônicos como Apple, Huawei, ZTE, Lenovo, Meizu e outros nos últimos dois anos. Para esse tipo de aplicação, somente o laser MOPA é capaz de processá-lo. Como o laser MOPA possui uma ampla gama de ajustes de largura e frequência de pulso, o uso de pulsos estreitos e alta frequência permite marcar a superfície do material com efeito preto. Combinando diferentes parâmetros, também é possível obter diferentes efeitos de escala de cinza.
Marcação a laser colorida
A marcação a laser colorida é um novo tipo de processo de marcação a laser. Atualmente, essa tecnologia é utilizada apenas para marcação a laser MOPA em aço inoxidável, cromo, titânio e outros materiais metálicos com padrões coloridos. Ao aplicar cores em materiais de aço inoxidável, o feixe de laser pode ser ajustado para alterar a cor da camada superficial do material, obtendo-se assim um efeito decorativo com diferentes cores. Para a indústria de produtos de aço inoxidável, é possível adicionar cores ao padrão de marcação, editar diversos padrões de texto conforme desejado, de forma prática e fácil de operar, além de ser ecologicamente correta e não poluente, com alta velocidade de marcação. Isso pode aumentar significativamente o valor agregado dos produtos de aço inoxidável, melhorando sua competitividade no mercado.
Em geral, a largura e a frequência do pulso do laser de fibra MOPA são ajustáveis independentemente, e há uma ampla gama de parâmetros ajustáveis. Isso permite o processamento de alta precisão e com baixo efeito térmico, sendo especialmente vantajoso em aplicações como marcação em chapas finas de óxido de alumínio, alumínio anodizado preto e aço inoxidável colorido, entre outras, alcançando resultados que o laser de fibra Q não consegue obter. O laser de fibra modulado em Q, por sua vez, caracteriza-se por uma marcação mais intensa e apresenta vantagens específicas em processos de gravação profunda em metais, embora o resultado da marcação seja menos preciso. A tabela abaixo apresenta as principais características dos lasers de fibra pulsados MOPA em comparação com os lasers de fibra modulados em Q para aplicações comuns de marcação. Os usuários podem escolher o laser mais adequado às suas necessidades específicas de materiais e efeitos de marcação.
| Nome do aplicativo | lasers modulados por Q | Lasers MOPA |
| decapagem da superfície da chapa de óxido de alumínio | O substrato deforma-se facilmente, formando bolsas convexas e linhas de fundo ásperas. | Pequena largura de pulso, pequeno resíduo térmico, sem deformação do substrato, padrão de base branco fino e brilhante |
| Escurecimento do alumínio anodizado | Apenas uma quantidade limitada de limpeza de pó de qualidade é possível. | Por meio de uma ampla gama de configurações de parâmetros, você pode definir diferentes tons de cinza e preto no processamento. |
| Gravação profunda em metal | Potente, ideal para entalhes profundos e cortes grosseiros. | Profundidade de gravação fraca, mas com sublinhado fino e leve afunilamento, permitindo um tratamento de branco brilhante. |
| Cor de aço inoxidável | Precisa estar fora de foco, o efeito é mais difícil de ajustar. | É possível reproduzir uma variedade de cores ajustando a largura do pulso e a combinação de frequência. |
| Processamento de ABS e outros plásticos | Amarelamento fácil, sensação pesada, rápido | Sem toque, não amarela facilmente, acabamento fino. |
| Remoção de tinta de teclas de plástico translúcido | Mais difícil de remover | Fácil de remover, contorno de borda nítido e claro, melhor transmissão de luz, alta eficiência. |
| Código de barras para marcação de placa de circuito impresso, código 2D | Alta energia de pulso único, mas a resina epóxi é sensível à energia do laser. | Adota largura de pulso pequena e frequência média, tornando os códigos de barras e códigos 2D mais nítidos, difíceis de apagar e fáceis de ler. |
5. Características de desempenho da máquina de marcação a laser MOPA
A máquina de marcação a laser MOPA pertence à categoria de máquinas de marcação a laser. Ela utiliza um laser semicondutor modulado eletricamente de forma direta como fonte de sinal (MOPA) em um esquema de laser de fibra. Comparada ao laser de fibra modulado em Q, a frequência e a largura do pulso do laser de fibra MOPA são controláveis independentemente, através do ajuste desses dois parâmetros. O sistema oscilador de varredura de alta velocidade permite uma saída de potência de pico constante e elevada, possibilitando a marcação de uma gama mais ampla de substratos. Com um feixe de laser de alta qualidade, baixo custo operacional e 100.000 horas de vida útil sem necessidade de manutenção, é adequada para aplicações em oxidação de alumínio, aço inoxidável 304, remoção de ânodos e revestimentos, indústria de semicondutores e eletrônica, marcação de plásticos e outros materiais sensíveis, além da indústria de tubos de PVC. A marcação de padrões e fontes é ecologicamente correta e está em conformidade com os padrões RoHS.
Em comparação com as máquinas de marcação a laser convencionais, a largura de pulso do laser MOPA (M1) varia de 4 a 200 ns, enquanto a do laser MOPA (M6) varia de 2 a 200 ns. Enquanto a largura de pulso de uma máquina de marcação a laser comum é de 118 a 126 ns, a largura de pulso do laser MOPA pode ser ajustada em uma faixa mais ampla. Isso explica por que alguns produtos não atingem o mesmo resultado com máquinas de marcação a laser de fibra comuns, enquanto a máquina de marcação a laser MOPA consegue.
No entanto, muitos clientes compram máquinas de marcação a laser MOPA esperando a mesma velocidade de processamento das máquinas de marcação a laser de fibra comuns, o que obviamente não é o caso. As duas tecnologias são diferentes. Ao gravar efeitos de cor, a máquina precisa marcar com o mínimo de sombras em altas frequências, o que permite uma gravação de alta resolução, mas, ao mesmo tempo, a velocidade de gravação é relativamente muito mais lenta. Além disso, na gravação em profundidade de metal, a máquina de marcação a laser MOPA pode não ter a mesma vantagem, pois não há vantagem na energia de pulso único, mas o efeito é mais delicado e melhor do que o das máquinas de marcação a laser convencionais em larga escala. Portanto, antes de optar por comprar uma máquina de marcação a laser MOPA, os clientes precisam entender as vantagens e desvantagens desse tipo de máquina.
A máquina de marcação a laser MOPA é adequada para processos de marcação de precisão em materiais metálicos e não metálicos, como gravação a laser em preto de peças de produtos digitais, capas traseiras de celulares, iPads, alumínio preto, teclas de celulares, teclas de plástico translúcido, componentes eletrônicos, circuitos integrados (CI), eletrodomésticos, produtos de comunicação, louças sanitárias para banheiro, acessórios para ferramentas, ferramentas de corte, óculos e relógios, joias, autopeças, malas e bolsas, utensílios de cozinha, produtos de aço inoxidável e outras indústrias.
A Maven Laser Automation Company atua no setor de lasers há 14 anos, especializada em marcação a laser. Oferecemos máquinas de marcação a laser de fibra, CO2 e UV, além de máquinas de solda, corte e limpeza a laser. Se tiver interesse em nossos equipamentos, siga-nos nas redes sociais e entre em contato conosco.
Data da publicação: 15/11/2022
