Lasersko graviranje je metoda brandiranja, kjer logo vžgejo v material. Laserski žarek je nadziran digitalno, preko računalnika, zato je rezultat zelo natančen. Barva izdelanega logotipa je odvisna od podlage in spodnjih plasti obdelovanca.
Laserski žarek fiber laserja je izjemno koncentriran vir energije. Ko ta žarek zadene površino materiala, se v zelo majhni točki dosežejo ekstremno visoke temperature.
Te temperature so dovolj visoke, da povzročijo:
Izparevanje materiala (ablacijo): Material se neposredno pretvori iz trdnega v plinasto stanje, kar ustvari gravuro ali zarezo.
Taljenje: Material se stopi in se lahko prerazporedi, kar ustvari reliefno oznako.
Kemične spremembe/penjenje: Pri nekaterih materialih (npr. nekaterih plastičnih masah) laser povzroči kemično reakcijo ali penjenje, kar spremeni barvo ali teksturo površine, ne da bi material izparel.
Natančne temperature so odvisne od moči laserja, trajanja impulza, goriščne točke in lastnosti materiala, vendar lahko v žariščni točki dosežejo več tisoč stopinj Celzija (celo do 10000 C in več).
To je ključno za učinkovito interakcijo z materialom in ustvarjanje trajne oznake in odlično vidno tukaj na sliki.
Kako torej z laserji ustvarimo barvo.
Čeprav obstajajo laserski tiskalniki, laser ni tiskalnik. Ko gre za barvanje nerjavečega jekla, lahko uporabite skoraj vsak laser, če le lahko kovino nadzorovano segrejete med približno 200 °C in 500 °C.
Vlaknasti laserji so najpogostejša izbira, ker lahko zelo hitro ustvarijo veliko toplote na zelo majhnem mestu. Tudi drugi laserji, kot so diode, to zmorejo, vendar so izjemno počasni in ker ustvarjajo toploto z večjim "zagonom", je veliko težje ustaviti se pri natančni temperaturi, ki vam da želeno barvo. Tudi UV laserji lahko dosežejo te temperature in to dejansko storijo hitreje kot diode. Vendar je njihov žarek tako majhen, da je poskus pokrivanja velike površine podoben barvanju celotne stene s čopičem za ličenje. Zato so vlaknasti laserji najboljše orodje za barvanje kovin.
Kako torej dejansko pride do spremembe barve? Preprosteje je, kot je videti. Ko vlakenski laser segreva nerjaveče jeklo v nadzorovanih pogojih z nizko energijo, ne reže ali odstranjuje materiala, temveč ustvari zelo tanek oksidni film neposredno na površini.
Ta film je prozoren in debel le nekaj sto nanometrov (približno 1/1000 lasu). Svetloba se delno odbija od vrha filma in delno od jekla pod njim. Ker ima film debelino, se oba odboja medsebojno motita, nekatere valovne dolžine (barve) se okrepijo, druge pa se izničijo. Ta interferenca vam daje vidne barve, modre, zlate, vijolične, zelene, tako kot mavrični sijaj, ki ga vidite na milnih mehurčkih ali olju, ki plava na vodi. Barva, ki jo vidite, je odvisna od treh glavnih stvari:
Debelina filma → jo nadzira količina toplote, ki jo vnesete (200 °C–500 °C).
Sestava zlitine → barve 304 so lažje kot barve 316, ker nikelj in molibden preprečujeta oksidacijo jekla.
Velikost leče in pege → večja leča razprši energijo, zaradi česar je lažje doseči »sladko točko« za barvo, ne da bi pri tem v kovino vtisnila teksturo.
Ena od stvari, ki se zelo razlikuje pri UV laserjih, zlasti za ljudi, ki jih nikoli niso uporabljali, je, da ni nastavitve moči. Tako je, bodisi je vklopljen ali izklopljen. Efektivno izhodno moč prilagodite tako, da spremenite frekvenco in odstotek delovnega cikla, kar spremeni efektivno trajanje impulza optičnega izhoda. To se zgodi na zelo drugačen način kot pri MOPA laserju, kjer se impulz elektronsko preoblikuje s semensko diodo in nato ojači. UV DPSS laser ne oblikuje elektronsko svojih impulzov. Impulz ustvarita laserska votlina in Q-stikalo. Vendar pa je signal Q-stikala (PWM signal) mogoče prilagoditi tako, da Q-stikalo ostane odprto nekoliko drugače dolgo, kar učinkovito spremeni trajanje optičnega impulza. Količina sprememb ni niti približno tako široka kot pri MOPA laserjih, lahko se giblje od približno 10 do 20 nanosekund (na primer, dejanske vrednosti so odvisne od specifičnega modela UV DPSS).
Votlina še vedno določa večino širine impulza, vendar vam čas Q-stikala daje majhen obseg nastavitev, ki neposredno vplivajo na energijo impulza in povprečno izhodno moč. In še eno pomembno pojasnilo: Programi to nastavitev pogosto imenujejo »trajanje impulza« preprosto zato, ker jo povprečen uporabnik lažje razume. Pod pokrovom ne spreminja neposredno širine impulza v nanosekundah, ampak samo spreminja odstotek delovnega cikla pogonskega signala Q-stikala. Programska oprema uporablja prijazno terminologijo, vendar strojna oprema še vedno deluje na podlagi delovnega cikla, ne pa pravega elektronskega impulza, ki se oblikuje kot MOPA.
Pravzaprav sem naletel na objavo samooklicanega "laserskega znanstvenika", kjer navaja, da UV laserji ne morejo spreminjati trajanja impulza, in trdi, da boste, če prilagodite trajanje impulza, dejansko poškodovali svoj laserski vir. Ljudem svetuje, naj ne prilagajajo ali celo poskušajo prilagoditi trajanja impulza na UV laserjih, ker "ga boste poškodovali". To je napačno. Če sledite temu nasvetu, ne boste mogli prilagoditi učinkovite moči laserja, pika. Navaja tudi, da DPSS laserji nimajo nastavitve za trajanje "q-impulza" in na nek način je to res, vendar samo zato, ker je pravilna terminologija odstotek delovnega cikla, ki ga prilagodi pogonski signal PWM Q-stikala. Ni določen pri trajanju impulza, kot je "120 nanosekund", kot trdi. Trajanje impulzov na UV DPSS laserjih se razlikuje glede na model in kakovost izdelave, vendar je na splošno pod 35 ns, večina novejših virov JPT SEAL in SEAL-S pa je okoli 12–18 ns. Nekateri posebni UV sistemi (ne JPT SEAL) lahko dosežejo trajanje pikosekundnih impulzov, vendar so to popolnoma drugačne arhitekture in ne tipične Q-preklopljene enote DPSS. Vključil sem grafikon iz podatkov JPT 10W, saj večkrat vztraja pri "zaupanju samo informacijam proizvajalca".
Razlika v širini impulza UV DPSS je minimalna, nikjer ni blizu širokega območja 1–500 ns, ki ga dobite na vlaknih MOPA laserjev, vendar je majhna sprememba še vedno dovolj, da vpliva na skupno dobavljeno impulzno energijo.