激光打标的本质是材料吸收激光能量后发生物理 / 化学变化,因此材料必须能吸收特定波长的激光,这是最基础的要求。
不同激光器的波长不同(如光纤激光 1064nm、CO₂激光 10.6μm、紫外激光 355nm),材料对波长的吸收能力直接决定打标效果:
- 金属材料:对光纤激光(1064nm)吸收性强(因金属自由电子易吸收近红外光),适合光纤激光打标;对 CO₂激光(10.6μm)吸收差(易反射),故很少用 CO₂激光打标金属。
- 非金属材料(塑料、木材、纸张):对 CO₂激光(10.6μm)吸收性好(分子振动频率与 CO₂激光波长匹配,易吸收能量);部分塑料(如 PET、PC)对紫外激光(355nm)吸收性强,适合冷加工。
- 玻璃、陶瓷:对紫外激光(355nm)吸收性更好(短波长激光可直接破坏分子键),而对光纤 / CO₂激光吸收差(易反射或仅表面轻微熔化),因此紫外激光是玻璃打标的首选。
若材料对激光波长反射率过高(如镜面金属对 CO₂激光),会导致能量无法有效利用,无法形成标记或标记模糊。
多数激光打标(如热烧蚀、热变色)涉及热效应,因此材料需具备一定的热稳定性,避免因局部高温导致过度变形、熔化、碳化或性能损坏:
- 低耐热材料(如 PVC、部分橡胶):需控制激光能量(如降低功率、提高速度),或选择 “冷加工” 的紫外激光(热影响区<0.1mm),否则易出现边缘焦黑、表面起皱。
- 高耐热材料(如陶瓷、耐高温塑料 PEEK):可承受更高能量密度,适合高功率激光快速打标,不易因热效应损坏。
例如:普通 ABS 塑料若用高功率光纤激光打标,易因高温导致表面熔化流淌,而用低功率 CO₂激光则可通过热变色形成清晰标记。
激光打标需形成永久性标记,因此材料在激光作用下的化学变化需稳定,且标记后不易因环境(如氧化、潮湿)失效:
- 材料需能在激光作用下发生不可逆的化学变化(如氧化、碳化、分子链断裂)。例如:黑色塑料(含碳黑)在激光作用下,碳黑被烧蚀或分解,形成浅色标记,且不易褪色;而某些透明塑料(如纯 PP)若不含显色剂,可能仅因热变形形成标记,易磨损消失。
- 材料自身需具备抗环境干扰能力。例如:食品包装用塑料(如 PET)打标后,标记需耐水、耐油脂,且材料本身化学稳定性高(不释放有害物质)。
激光打标的精度依赖于材料表面的均匀性,若表面存在杂质、缺陷或成分不均,会导致激光能量吸收不一致,标记出现模糊、断线或色差:
- 表面粗糙度:过于粗糙的表面(如喷砂金属)可能导致激光散射,标记边缘模糊;过于光滑的表面(如镜面玻璃)若反射率过高,需预处理(如镀膜)增强吸收。
- 成分均匀性:材料内部成分不均(如塑料中填充剂分布不均)会导致局部吸收能量差异,出现标记深浅不一。例如:含玻纤的 PP 塑料,若玻纤聚集,打标时可能出现 “白点” 或 “断线”。
- 清洁度:表面油污、灰尘会吸收激光能量,导致局部过热,破坏标记图案(如出现黑斑),因此打标前需清洁表面。
材料的物理特性(如硬度、密度、熔点)会影响激光参数的选择及最终效果:
- 硬度与密度:高密度、高硬度材料(如硬质合金)需要更高能量密度的激光(如高功率光纤激光)才能实现烧蚀;低密度材料(如泡沫塑料)则需低功率、高速度,避免被击穿。
- 熔点与沸点:低熔点材料(如铝、某些热塑性塑料)易通过热烧蚀形成标记,但需控制能量避免过度熔化;高熔点材料(如钨、陶瓷)则依赖更高能量的激光实现局部气化。
- 延展性:延展性好的材料(如铜、铝)在激光热作用下不易开裂;脆性材料(如玻璃、陶瓷)则需低能量、短脉宽激光(如紫外激光),避免热应力导致碎裂。
标记需在材料表面保持长期稳定,因此材料需与标记形成 “兼容” 的结合状态: