1. Problema: Salpicadura de escoria
La máquina de marcado láser utiliza un rayo láser para marcar de forma permanente la superficie de diversos materiales. El efecto del marcado consiste en revelar el interior del material mediante la evaporación de la capa superficial, permitiendo grabar patrones, marcas y textos finos. Las máquinas de marcado láser se dividen principalmente en máquinas de marcado láser de CO2, de semiconductores, de fibra y YAG. Se utilizan principalmente en aplicaciones que requieren mayor precisión y detalle. Se emplean en componentes electrónicos, circuitos integrados (CI), electrodomésticos, comunicaciones de telefonía móvil, productos de ferretería, accesorios para herramientas, instrumentos de precisión, gafas y relojes, joyería, autopartes, llaves de plástico, materiales de construcción y tuberías de PVC.
Este artículo le ofrece una comprensión rápida de la máquina de marcado láser de fibra MOPA.
1. Diferencia entre la modulación Q y la tecnología MOPA en láseres de fibra.
Los dos tipos principales de láseres de fibra pulsados actualmente en el mercado para aplicaciones de marcado láser son la tecnología Q-modulada y la tecnología MOPA, que es una estructura láser que consiste en un oscilador láser en cascada con un amplificador. En la industria, el láser MOPA se refiere a un láser de fibra pulsado de nanosegundos único y más "inteligente" que consta de una fuente de semilla láser semiconductora impulsada por un pulso eléctrico y un amplificador de fibra. Su "inteligencia" se refleja principalmente en que el ancho del pulso de salida es ajustable de forma independiente (el rango puede ser de hasta 2 ns-500 ns) y la frecuencia de repetición puede ser de hasta megahercios. La estructura de fuente de semilla láser de fibra Q-modulada se inserta en el modulador de pérdida de la cavidad de oscilación de fibra, modulando periódicamente la pérdida óptica en la cavidad resonante para producir un ancho de pulso determinado de salida de luz de pulso de nanosegundos. Para este problema, a menudo problemático, haremos un breve análisis desde tres aspectos: estructura interna del láser, parámetros ópticos de salida y escenarios de aplicación.
2. Estructura interna del láser
La estructura interna de los láseres de fibra MOPA y los láseres de fibra modulados en Q difiere principalmente en la forma de generar la señal de luz semilla del pulso, que se genera mediante el pulso eléctrico que acciona el chip láser semiconductor; es decir, la señal de luz de salida se modula mediante la señal eléctrica de accionamiento, lo que ofrece una gran flexibilidad para generar diferentes parámetros de pulso (ancho de pulso, frecuencia de repetición, forma de onda y potencia del pulso, etc.). La señal óptica semilla pulsada del láser de fibra modulado en Q se genera aumentando o disminuyendo periódicamente la pérdida óptica en la cavidad resonante para producir una salida óptica pulsada, lo que resulta en una estructura simple y una ventaja en el precio. Sin embargo, los parámetros del pulso están algo limitados por los dispositivos modulados en Q y otras influencias.
El principio de la estructura interna del láser de fibra MOPA y del láser de fibra modulado Q se muestra esquemáticamente a continuación.
3. Parámetros ópticos de salida
El ancho del pulso de salida del láser de fibra MOPA es ajustable de forma independiente. El ancho del pulso del láser de fibra MOPA tiene una capacidad de ajuste arbitraria (rango de 2 ns a 500 ns).
Cuanto menor sea la duración del pulso, menor será la zona afectada por el calor y mayor será la precisión de procesamiento que se pueda obtener.
El ancho de pulso de salida del láser de fibra modulado en Q no es ajustable y generalmente se emite a un valor fijo de 80 ns a 140 ns. El láser de fibra MOPA tiene un rango más amplio de frecuencias de repetición. Los láseres MOPA pueden alcanzar una salida de alta frecuencia de MHz. Una alta frecuencia de repetición implica una alta eficiencia de procesamiento, y MOPA puede mantener características de alta potencia de pico en condiciones de alta frecuencia de repetición. Los láseres de fibra modulados en Q están limitados por las condiciones de operación del conmutador Q y tienen un rango de frecuencia de salida estrecho, alcanzando solo ~100 kHz a altas frecuencias.
4. Escenarios de aplicación
El láser de fibra MOPA tiene una amplia gama de parámetros, por lo que, además de cubrir las aplicaciones convencionales de procesamiento láser de nanosegundos, también puede aprovechar su ancho de pulso estrecho único, su alta frecuencia de repetición y su alta potencia de pico para lograr algunas aplicaciones de procesamiento de precisión únicas. Por ejemplo:
Aplicaciones de decapado superficial de láminas delgadas de óxido de aluminio
Actualmente, los productos electrónicos más delgados y ligeros, como teléfonos móviles, tabletas y ordenadores, utilizan óxido de aluminio fino como carcasa. El uso de láser Q-modulado para marcar la placa de aluminio delgada puede provocar deformaciones en el material y curvaturas en la parte posterior, afectando directamente a la estética. En cambio, el láser MOPA, con sus parámetros de ancho de pulso más pequeños, reduce la deformación del material y produce líneas de color blanco brillante más nítidas. Esto se debe a que el láser MOPA, con sus parámetros de ancho de pulso reducidos, permite que el láser permanezca en contacto con el material durante menos tiempo, a la vez que posee la energía suficiente para eliminar la capa de ánodo. Por lo tanto, para el proceso de eliminación del ánodo en superficies de óxido de aluminio delgado, el láser MOPA es la mejor opción.
Aplicación de ennegrecimiento del aluminio anodizado
El uso de láser para marcar logotipos, números de modelo, texto, etc., en negro sobre la superficie de aluminio anodizado ha sido adoptado gradualmente por Apple, Huawei, ZTE, Lenovo, Meizu y otros fabricantes de productos electrónicos en los últimos dos años para marcar logotipos, números de modelo, etc., con marcas negras en la carcasa de sus productos. Actualmente, solo el láser MOPA puede procesar este tipo de material. Gracias a su amplio rango de ajuste de ancho y frecuencia de pulso, el uso de parámetros de ancho de pulso estrecho y alta frecuencia permite marcar la superficie con un efecto negro, y mediante diferentes combinaciones de parámetros, también se pueden obtener distintos efectos de escala de grises.
Marcado láser a color
El marcado láser a color es un nuevo tipo de proceso de marcado láser. Actualmente, esta tecnología se utiliza temporalmente solo para el marcado láser MOPA en acero inoxidable, cromo, titanio y otros materiales metálicos con patrones de color. Al aplicar color sobre materiales de acero inoxidable, el haz láser se puede ajustar para cambiar el color de la capa superficial del material, logrando así un efecto decorativo con diferentes colores. Para la industria de productos de acero inoxidable, se puede agregar color al patrón de marcado y editar una variedad de patrones de texto según se desee. Es práctico y fácil de operar: respetuoso con el medio ambiente y no contaminante; rápido de marcado, puede aumentar significativamente el valor añadido de los productos de acero inoxidable y mejorar su competitividad en el mercado.
En general, el ancho de pulso y la frecuencia del láser de fibra MOPA son ajustables de forma independiente, y cuenta con un amplio rango de parámetros ajustables. Esto permite un procesamiento preciso y un bajo efecto térmico, especialmente en el marcado de placas delgadas de óxido de aluminio, aluminio anodizado negro, acero inoxidable de color, etc., logrando resultados excepcionales que no se consiguen con un láser de fibra Q. El láser de fibra modulado Q se caracteriza por un marcado más intenso y ofrece ciertas ventajas en el grabado profundo de metales, aunque el resultado es menos preciso. En la siguiente tabla se muestran las principales características de los láseres de fibra pulsados MOPA en comparación con los láseres de fibra modulados Q para aplicaciones de marcado comunes. Los usuarios pueden elegir el láser adecuado según sus necesidades específicas de materiales y resultados de marcado.
| Nombre de la aplicación | láseres modulados en Q | Láseres MOPA |
| Decapado superficial de láminas de óxido de aluminio | El sustrato se deforma fácilmente, formando bolsas convexas y líneas de fondo rugosas. | Ancho de pulso pequeño, pequeño residuo térmico, sin deformación del sustrato, patrón base blanco fino y brillante. |
| Ennegrecimiento del aluminio anodizado | Solo es posible una cantidad limitada de desempolvado de calidad. | Mediante una amplia gama de ajustes de parámetros, puede marcar diferentes tonalidades de gris y negro en el procesamiento del negro. |
| Grabado profundo en metal | Potente, adecuado para tallado profundo y socavado grueso. | Profundidad de grabado débil, pero subrayado fino, conicidad pequeña, se puede aplicar un tratamiento de blanco brillante. |
| Color acero inoxidable | Necesita estar desenfocado, el efecto es más difícil de ajustar. | Puede reproducir una variedad de colores ajustando la combinación de ancho de pulso y frecuencia. |
| Procesamiento de ABS y otros plásticos | Fácil efecto amarillento, sensación pesada, rápido | Sin sensación al tacto, no amarillea fácilmente, procesamiento fino |
| Eliminación de pintura de llaves de plástico translúcidas | Más difícil de eliminar | Fácil de quitar, contorno de borde limpio y definido, mejor transmisión de luz, alta eficiencia. |
| Código de barras para marcado de placas PCB, código 2D | Alta energía de pulso único, pero la resina epoxi es sensible a la energía del láser. | Adopta un ancho de pulso pequeño, frecuencia media, código de barras, código 2D más claro, no es fácil de borrar y es fácil de escanear. |
5. Características de rendimiento de la máquina de marcado láser MOPA
La máquina de marcado láser MOPA pertenece a la categoría de máquinas de marcado láser. Utiliza un láser semiconductor de modulación eléctrica directa como fuente semilla (MOPA) de láser de fibra. En comparación con el láser de fibra modulado Q, la frecuencia y el ancho de pulso del láser de fibra MOPA se pueden controlar de forma independiente, ajustándose mediante estos dos parámetros. El sistema oscilador de escaneo de alta velocidad permite una potencia de pico constante y elevada, y un rango más amplio de sustratos a marcar. Con un haz láser de alta calidad, bajo costo de uso y 100 000 horas sin mantenimiento, es adecuada para el marcado de óxido de aluminio negro, acero inoxidable 304, ánodos decapados, recubrimientos decapados, la industria de semiconductores y electrónica, plásticos y otros materiales sensibles, y tuberías de PVC. El marcado de patrones cumple con las normas RoHS, protegiendo así el medio ambiente.
En comparación con la máquina de marcado láser general, la máquina de marcado láser MOPA tiene un ancho de pulso M1 de 4-200 ns y un ancho de pulso M6 de 2-200 ns. El ancho de pulso de la máquina de marcado láser común es de 118-126 ns, por lo que puede ver que el ancho de pulso de la máquina de marcado láser MOPA se puede ajustar en un rango más amplio, por lo que puede entender por qué algunos productos de la máquina de marcado láser de fibra común no pueden lograr el efecto, pero la máquina de marcado láser MOPA sí puede.
Sin embargo, muchos clientes compran máquinas de marcado láser MOPA esperando la misma velocidad de procesamiento que las máquinas de marcado láser de fibra convencionales, pero obviamente no es así. Ambas tecnologías son diferentes. Al grabar efectos de color, la máquina necesita marcar con mínimos efectos de sombra a altas frecuencias, lo que permite un grabado de alta resolución, pero al mismo tiempo la velocidad de grabado es considerablemente menor. Además, en el grabado de profundidad en metal, la máquina de marcado láser MOPA puede no tener ventaja, ya que no ofrece ventajas en la energía de pulso único, pero el efecto es más preciso y mejor que el de las máquinas de marcado láser convencionales a gran escala. Por lo tanto, antes de comprar una máquina de marcado láser MOPA, los clientes deben comprender las ventajas y desventajas de este tipo de máquina.
La máquina de marcado láser MOPA es adecuada para el proceso de marcado fino de materiales metálicos y no metálicos, como piezas de productos digitales grabadas con láser en negro, cubiertas traseras de teléfonos móviles, iPad, aluminio negro, teclas de teléfonos móviles, teclas de plástico translúcidas, componentes electrónicos, circuitos integrados (CI), electrodomésticos, productos de comunicación, sanitarios de baño, accesorios para herramientas, herramientas de corte, gafas y relojes, joyería, piezas de automóviles, equipaje y bolsos, utensilios de cocina, productos de acero inoxidable y otras industrias.
Maven Laser Automation Company lleva 14 años centrada en la industria láser. Nos especializamos en el marcado láser y contamos con máquinas de marcado láser de fibra, de CO2 y UV. Además, también disponemos de máquinas de soldadura láser, de corte láser y de limpieza láser. Si le interesan nuestras máquinas, puede seguirnos y contactarnos sin compromiso.
Fecha de publicación: 15 de noviembre de 2022
