Laserové leptání

Co je laserové leptání?

Laserové leptání je široký pojem zahrnující různé procesy značení a mělkého gravírování. Obecně se laserové leptání liší od laserového značení jen minimálně; leptání zahrnuje spíše změnu profilu povrchu součásti než pouhou změnu barvy nebo struktury povrchu. Tato změna profilu, která může být buď vyvýšená, nebo propadlá, je však obecně mnohem mělčí než změny spojené s laserovým gravírováním.

Laserové leptání je metoda pro vytváření viditelných značek nebo vzorů na nejrůznějších materiálech. Ve skutečnosti se přesná definice toho, co představuje "leptání" (na rozdíl od značení nebo gravírování), liší podle materiálu a aplikace. Laserové leptání se používá na nejrůznějších výrobcích, jako jsou automobilové díly, lékařské přístroje, sudy na víno, mikroelektronické součástky a náhrobní kameny. Laserové leptání se provádí stejným způsobem jako řada jiných procesů značení, gravírování a řezání. Ve skutečnosti není vůbec neobvyklé, že jediný laserový nástroj vykonává všechny tyto funkce v závislosti na nastavení výkonu a rychlosti práce.

Pro vytvoření požadovaného vzoru laserový paprsek skenuje po povrchu dílu a zároveň je modulován (mění se jeho výkon). Jedním ze způsobů, jak tento pohyb vytvořit, je galvanometrický skenovací systém. V tomto případě se pohyb paprsku uskutečňuje pomocí pohyblivých zrcadel. Tato metoda se často používá u malých dílů kvůli vysoké rychlosti. Tato technika se také hodí k leptání zakřivených dílů (často v kombinaci s rotačním pohybem dílu).

Alternativně lze optikou pro přenos paprsku (nebo dokonce samotným dílem) pohybovat pomocí lineárních nebo krokových motorů tak, aby bylo možné požadované značky. Tímto způsobem se prakticky vždy leptají větší nebo těžší díly, jako jsou například cedule a pomníky.

Laserové leptání různých materiálů

Laserem lze leptat téměř jakýkoli typ materiálu. Patří sem kovy, plasty, sklo a keramika, přírodní kámen a polovodiče.

Laserové leptání kovových dílů se provádí v mnoha průmyslových odvětvích, včetně automobilového, leteckého a kosmického průmyslu, výroby lékařských produktů, ropy a plynu a dalších. Lze jej aplikovat na téměř všechny kovy, včetně hliníku, oceli, mosazi, mědi a titanu. Laserové leptání kovů obvykle zahrnuje zahřívání materiálu, dokud se neroztaví a mírně neroztáhne. Po tomto krátkém cyklu laserového ohřevu se materiál téměř okamžitě ochladí a zpevní se do vyvýšené plochy, která má drsnější strukturu než předtím.

U kovů se při laserovém leptání obvykle mění výška povrchu o méně než přibližně 25 µm. Naproti tomu laserové gravírování je často desetkrát hlubší. Protože gravírování hlubších stop vyžaduje odstranění mnohem většího množství materiálu, lze laserové leptání obvykle provést mnohem rychleji.

Další výhodou laserového leptání je, že značky, které vytváří, mohou být tmavé, světlé nebo dokonce v odstínu šedé. Laserové gravírování obvykle vytváří pouze tmavé značky. Mělčí vyleptané značky však nejsou tak trvanlivé a odolné proti oděru jako značky vyryté.

Sklo se laserem leptá pro dekorativní i komerční účely. Na sklenice na pití, hrnky, láhve, plakety s oceněními, zrcadla a další předměty lze leptat text, vzory a jiné složité vzory, dokonce i včetně obrázků. V průmyslovém odvětví se na mnoho výrobků dodávaných ve skleněných nádobách, jako jsou nápoje nebo léčiva, leptají informace, jako jsou čísla šarží a data spotřeby. Podobně lze na skleněné substráty používané při výrobě mikroelektroniky a displejů leptat sériová čísla a sledovací kódy.

Laserem vyleptaná plocha na skle vypadá jako "matná" - tedy průsvitná, ale ne průhledná. Toho se dosáhne odstraněním velmi malého množství materiálu, obvykle menšího než 25 µm. A co je důležité, proces leptání vytváří mnohem drsnější strukturu povrchu.

Laserové leptání je výhodnější než jiné mechanické a chemické metody, protože je rychlé, čisté a snadno přizpůsobené pro použití na zakřivených površích (které jsou běžné u sklenic na víno, lahví apod.).

Laserové leptání přírodního kamene - například žuly nebo mramoru - se hojně využívá pro náhrobky, pamětní desky a architektonické účely. Stejně jako leptání skla zahrnuje odstranění velmi malé vrstvy materiálu a změnu struktury povrchu.

Laserové leptání se téměř vždy používá k vytvoření světlé značky na tmavém povrchu kamene. Laserem vyleptaný vzor se skládá z mnoha malých bodů umístěných blízko sebe, podobně jako se reprodukují fotografie v novinách. Díky tomu lze vyleptat prakticky jakýkoli vzor, a dokonce je možné vyrýt i značky ve stupních šedi. Kromě textu tak lze snadno leptat i fotografie, kresby a další vzory.

Laserové leptání na kámen obvykle poskytuje lepší viditelnost značek než pískování nebo mechanické gravírování. Je také mnohem rychlejší než tyto jiné metody.

Na polymery se laserem značí mimořádně široká škála komerčních, zdravotnických a spotřebních výrobků, stejně jako nápisy a novinky. Vzhledem k obrovské rozmanitosti materiálů a procesů je obtížnější přesně definovat, co představuje laserové leptání polymerů a jak se tento proces liší od značení nebo gravírování. Běžně používaná technika "napěňování" - která přináší světlou značku na tmavý plast, by mohla být právem považována za formu leptání, protože vytváří pouze malé množství povrchového reliéfu (méně než 50 µm).

Protože laserové leptání umožňuje vytvářet v polymerech vysoce kontrastní značky, aniž by se do dílu vnášelo značné množství tepla, je také velmi oblíbené při výrobě polovodičů a mikroelektroniky. Lze jím například označovat flip-chipy a další typy polovodičových obalů, aniž by došlo k poškození obvodů, které obsahují.

Laserové leptání polovodičů se používá v celé výrobě mikroelektroniky. Důvodem je malá hloubka značky - často 10 µm nebo méně -, která vytváří vysoce kontrastní značku, jež nepoškozuje okolní nebo podkladové obvody. Laserové leptání je zvláště užitečné pro značení sériových čísel a dalších identifikátorů na zadní straně destiček. Používá se také na tenkých víčkách forem balených zařízení.

Lasery pro leptání

Vzhledem k široké škále materiálů a různorodosti požadavků se pro leptání používá mnoho různých typů laserů. Mezi typické příklady patří:

Vláknové lasery

• Blízký infračervený výstup vláknových laserů je dobře přizpůsoben absorpčním vlastnostem většiny kovů, což z nich obecně činí první volbu pro leptání těchto materiálů. Lze jimi leptat také keramiku a některé polymerní materiály. Vláknové lasery pro leptání poskytují stejné výhody jako v jiných aplikacích. Patří mezi ně nízké pořizovací i provozní náklady, vysoká spolehlivost, dlouhá životnost, vynikající kvalita paprsku a flexibilita provedení.

CO2 lasery

• CO2 lasery vyzařují v daleké infračervené oblasti, která je dobře absorbována prakticky všemi organickými materiály. Díky tomu jsou ideální pro leptání materiálů, jako je dřevo a většina polymerů. CO2 lasery se také univerzálně používají k leptání přírodního kamene.

DPSS lasery

• Diodově čerpané lasery na pevné fázi mohou poskytovat vysoký výstupní výkon v zelené nebo ultrafialové oblasti a mají vynikající kvalitu paprsku. To z nich činí žádaný zdroj pro dva specifické typy leptacích aplikací. První se týká materiálů, které jednoduše špatně absorbují delší vlnové délky. To platí pro některé polymerní materiály.
• Druhou třídou aplikací jsou ty, které se týkají tenkých nebo na teplo citlivých materiálů. Typicky vyšší absorpce většiny materiálů při kratších vlnových délkách (zejména UV) znamená, že laserové světlo je zcela absorbováno v relativně malé hloubce. Výsledkem je menší zahřívání okolí. Z tohoto důvodu se leptání laserem DPSS používá při výrobě a značení polovodičů, při výrobě dalších elektronických součástek, lékařských výrobků a displejů.

Diodové lasery

• Diodové lasery jsou k dispozici s vlnovými délkami od modré až po blízkou infračervenou oblast, takže jsou schopny leptat různé kovy i nekovy. Díky jedinečné kombinaci kvality paprsku a cenových charakteristik jsou vhodné především pro levné leptací systémy určené především malým dílnám, výrobcům plaket a ocenění a amatérům.

Produkty pro laserové leptání Coherent

Společnost Coherent nabízí tři typy produktů pro laserové leptání. Prvním z nich jsou laserové zdroje, včetně vláknových laserů, CO2 laserů, DPSS laserů a diodových laserů. Ty jsou užitečné pro ty, kteří si vytvářejí vlastní leptací systémy.

Dále nabízíme leptací subsystémy. Zejména naše řada PowerLine kombinuje různé typy laserů s výkonnou skenovací optikou a optikou pro přenos paprsku, pohonnou elektronikou a výkonným řídicím softwarem. Tím vzniká rychlá, flexibilní a přesná platforma pro leptání, značení a gravírování. Produkty řady PowerLine lze dodat s téměř jakýmkoli typem laserového zdroje, takže jsou ideální pro konstruktéry systémů a integraci do výrobních linek v širokém spektru aplikací.

Zdroj: Coherent.com