3대 필수 레이저 마킹 시스템 해설: 마스크, 어레이, 스캐닝 방식

마스크 모드 레이저 마킹 시스템

마스크 모드 레이저 마킹은 투영 마킹이라고도 합니다. 마스크 모드 레이저 마킹 시스템은 레이저, 마스크 플레이트, 이미징 렌즈로 구성됩니다. 작동 원리는 망원경으로 확장된 레이저 빔이 미리 제작된 마스크 플레이트 위에 균일하게 투영되고, 조각된 부분을 통해 빛이 투과합니다. 마스크의 패턴이 렌즈를 통해 공작물(초점면)에 상을 맺습니다. 보통 각 펄스마다 하나의 마크가 형성됩니다. 레이저 조사된 소재 표면이 급속히 가열돼 기화하거나 화학 반응으로 색상이 변해 명확하게 구별되는 마크를 형성합니다. 마스크 모드 마킹에는 일반적으로 CO2 레이저와 YAG 레이저를 사용합니다. 주요 장점은 레이저 펄스 하나로 여러 심볼을 포함한 완전한 마크를 한 번에 생성할 수 있어 마킹 속도가 빠르다는 점입니다. 대량 생산 제품의 경우 생산라인에서 직접 마킹할 수 있습니다. 단점은 마킹 유연성이 낮고 에너지 이용률이 낮다는 것입니다.

어레이 레이저 마킹 시스템

어레이 레이저 마킹 시스템은 여러 개의 소형 레이저가 동시에 펄스를 방출합니다. 미러와 집속 렌즈를 통과한 여러 레이저 펄스가 마킹될 소재 표면에서 절제(용융)돼 균일한 크기와 깊이의 작은 피트를 형성합니다. 각 문자, 패턴은 이러한 작은 원형 검은 피트로 구성되며, 일반적으로 가로획 5포인트, 세로획 7포인트로 5×7 어레이를 형성합니다. 어레이 마킹에는 일반적으로 저출력 RF 여기 CO2 레이저를 사용하며, 마킹 속도는 최대 6000자/초에 달해 고속 온라인 마킹에 이상적입니다. 단점은 도트 문자만 마킹 가능하고 5×7에만 도달할 수 있다는 점입니다.

스캐닝 레이저 마킹 시스템

스캐닝 레이저 마킹 시스템은 컴퓨터, 레이저, XY 스캐닝 메커니즘 세 부분으로 구성됩니다. 작동 원리는 마킹할 정보를 컴퓨터에 입력하면, 컴퓨터가 미리 설계된 프로그램에 따라 레이저와 XY 스캐닝 메커니즘을 제어해 특수 광학 시스템이 고에너지 레이저 스팟을 가공 표면에서 스캔 이동시켜 마크를 형성합니다.

일반적으로 X-Y 스캐닝 메커니즘에는 두 가지 구조 형태가 있습니다: 기계식 스캐닝 타입과 갈바노미터 스캐닝 타입입니다.

1. 기계식 스캐닝

기계식 스캐닝 마킹 시스템은 미러 각도 변화로 광빔을 이동시키는 대신, 기계적 방법으로 미러의 XY 좌표를 평행 이동시켜 레이저 빔의 공작물 위치를 변경합니다. 이 마킹 시스템의 XY 스캐닝 메커니즘은 보통 플로터를 개조해 만듭니다. 작동 과정: 레이저 빔이 미러와 굴절 광로를 통과한 뒤, 라이트 펜(집속 렌즈) 작용으로 가공될 공작물에 조사됩니다. 플로터의 펜 암은 미러만 운반해 X축 방향으로 왕복 이동할 수 있으며, 라이트 펜과 그 상부 미러(둘은 고정됨)는 Y축 방향으로만 이동할 수 있습니다. 컴퓨터 제어(일반적으로 병렬 포트로 제어 신호 출력) 하에 라이트 펜의 Y방향 이동과 펜 암의 X방향 이동으로 출력 레이저가 평면 상의 임의 지점에 도달할 수 있어 임의의 그래픽과 텍스트 마킹이 가능합니다.

2. 갈바노미터 스캐닝 타입

갈바노미터 스캐닝 마킹 시스템은 주로 레이저, XY 편향 미러, 집속 렌즈, 컴퓨터 등으로 구성됩니다. 작동 원리는 레이저 빔이 두 개의 미러(갈바노미터)에 입사하고, 미러의 반사 각도를 컴퓨터가 제어합니다. 두 미러가 각각 X축과 Y축을 따라 스캔할 수 있어 레이저 빔의 편향을 실현하며, 일정 출력 밀도의 레이저 집속점이 마킹 소재 위를 요구사항에 따라 이동해 소재 표면에 영구적인 마크를 남깁니다. 집속 스팟은 원형이나 직사각형일 수 있습니다.

갈바노미터 레이저 마킹 시스템에서는 벡터 그래픽과 텍스트를 사용할 수 있습니다. 이 방식은 컴퓨터의 그래픽 소프트웨어 그래픽 처리 방식을 채택해 도면 효율이 높고 그래픽 정밀도가 좋으며 왜곡이 없습니다. 레이저 마크의 품질과 속도를 크게 향상시켰습니다. 동시에 갈바노미터 마킹은 도트 매트릭스 마킹 방식도 사용할 수 있습니다. 이 방식은 온라인 마킹에 매우 적합합니다. 생산라인 속도에 따라 단일 스캐닝 갈바노미터 또는 듀얼 스캐닝 갈바노미터를 사용할 수 있습니다. 어레이 타입 마킹과 비교해 더 많은 도트 매트릭스 정보를 마킹할 수 있어 한자 마킹에 더 큰 장점이 있습니다.

갈바노미터 스캐닝 레이저 마킹 시스템은 일반적으로 작업 파장 1.06μm의 연속 광학 펌프 Nd:YAG 레이저를 사용합니다. 출력 전력은 10~120W입니다. 레이저 출력은 연속 또는 Q-스위치 방식일 수 있습니다. 개발된 RF 여기 CO2 레이저도 갈바노미터 스캐닝 레이저 마커에 사용됩니다.

갈바노미터 스캐닝 타입 마킹은 벡터 마킹과 도트 매트릭스 마킹 모두 가능하며, 적용 범위가 넓고 마킹 범위 조절이 가능하며, 응답 속도가 빠르고 마킹 속도가 높음(초당 수백 문자 마킹 가능), 마킹 품질이 높고, 광학 경로 밀봉 성능이 좋으며, 환경 적응성이 강해 주류 제품이 되었습니다. 레이저 마커의 미래 발전 방향을 대표하며 광범위한 응용 전망을 가지고 있다고 평가됩니다.

마킹용 레이저 종류

마킹에 주로 사용되는 레이저는 Nd:YAG 레이저와 CO2 레이저입니다. Nd:YAG 레이저가 생성하는 레이저는 금속과 대부분의 플라스틱에 잘 흡수되며, 짧은 파장(1.06μm)과 작은 집속 스팟으로 금속 및 기타 소재 고해상도 마킹에 가장 적합합니다. CO2 레이저가 생성하는 레이저 파장은 10.6μm입니다. 목재 제품, 유리, 폴리머, 대부분의 투명 소재에 흡수 효과가 좋아 비금속 표면 마킹에 특히 적합합니다.

Nd:YAG 레이저와 CO2 레이저의 단점은 소재의 열 손상과 열 확산이 심각하고, 열간 효과로 마크가 흐려지기 쉽다는 점입니다. 반면 엑시머 레이저가 생성하는 자외선으로 마킹하면 소재가 가열되지 않고 표면만 증발하며, 표면 조직에 광화학 효과를 생성해 표면에 마크를 남깁니다. 따라서 엑시머 레이저 마킹 시 마크 가장자리가 매우 선명합니다. 자외선을 소재가 크게 흡수하므로 레이저의 소재 영향이 최외층에서만 발생하고, 소재에 거의 화상 손상이 없어 엑시머 레이저가 소재 마킹에 더 적합합니다.