一、引言
在当今科技飞速发展的时代，产品标识与标记的需求日益多样化和精细化。从电子产品上的微小序列号，到汽车零部件的追溯码，再到艺术品上的精美图案，精准、清晰且持久的标记成为众多行业的关键需求。激光打标机作为一种先进的标记设备，以其卓越的性能和独特的优势，正逐渐取代传统打标方式，开启了精准标记的新时代。它不仅在工业制造领域广泛应用，还在电子、医疗、珠宝、包装等众多行业展现出巨大的潜力，为产品的个性化定制、质量追溯和品牌建设提供了强有力的支持。
二、激光打标机的原理剖析
2.1 激光的产生
激光打标机的核心部件之一是激光器，常见的激光器类型有 Nd:YAG 激光器、CO₂激光器和光纤激光器等。以 Nd:YAG 激光器为例，它通过泵浦源将能量注入到掺杂了钕离子（Nd³⁺）的钇铝石榴石晶体中，使 Nd³⁺离子实现能级跃迁，形成粒子数反转分布，从而产生受激辐射，输出波长为 1.06μm 的激光束。CO₂激光器则是利用 CO₂气体在放电管中放电，使气体分子发生能级跃迁，产生波长为 10.6μm 的激光。不同类型的激光器由于其工作物质和激发方式的不同，产生的激光具有不同的特性，适用于不同的材料和打标需求。
2.2 光束的传输与聚焦
产生的激光束通过一系列的光学元件进行传输和聚焦。首先，激光束经过扩束镜，扩大光束的直径，以减小光束的发散角，提高光束的准直性。然后，光束通过反射镜进行光路转折，使其能够准确地到达打标区域。最后，光束经过聚焦透镜，将激光能量聚焦到材料表面的一个极小的光斑上，光斑的直径通常可以达到微米量级，从而在材料表面产生极高的能量密度。
2.3 与材料的相互作用
当高能量密度的激光光斑作用于材料表面时，会与材料发生多种物理和化学作用。对于金属材料，激光能量使材料表面迅速升温，达到熔点甚至沸点，部分材料发生汽化，形成微小的坑洼或凸起，从而实现标记。对于非金属材料，如塑料、木材等，激光能量可能引发材料的碳化、变色等化学反应，或者使材料表面局部熔化、蒸发，形成清晰的标记。例如，在塑料表面打标时，激光的能量使塑料分子结构发生变化，导致颜色改变，形成可见的标记。这种与材料的精确相互作用，使得激光打标能够在各种不同材质的表面实现高质量的标记效果。
三、激光打标机的工作方式
3.1 掩模打标
掩模打标，也称为投影式打标。这种工作方式的系统主要由激光器、掩模板和成像透镜组成。工作时，经过望远镜扩束的激光均匀地投射在事先制作好的掩模板上，光从掩模板上雕空的部分透射，掩模板上的图形通过透镜成像到工件表面（焦面）。通常每个激光脉冲即可形成一个完整的标记。受激光辐射的材料表面迅速被加热汽化或发生化学反应，颜色改变，从而形成可分辨的清晰标记。掩模打标一般采用 CO₂激光器和 YAG 激光器。其优点是打标速度快，一个激光脉冲就能打出一个包含多种符号的完整标记，适合大批量产品在生产线上直接打标。但缺点是掩模板制作成本较高，且一旦制作完成，标记内容不易更改，灵活性较差。
3.2 阵列式打标
阵列式打标是使用几台小型激光器同时发射脉冲，经反射镜和聚焦透镜后，使几个激光脉冲在被打标材料表面烧蚀（熔化）出大小及深度均匀的小凹坑，每个字符、图案都由这些小圆黑凹坑构成，一般是横笔划 5 个点，竖笔划 7 个点，形成 5×7 的阵列。该方式一般采用小功率射频激励 CO₂激光器，打标速度最高可达 6000 字符 / 秒，成为高速在线打标的理想选择。然而，它只能标记点阵字符，分辨率有限，一般只能达到 5×7 的分辨率，对于汉字等复杂字符的标记效果不佳，且无法标记矢量图形。
3.3 扫描式打标
扫描式打标系统由计算机、激光器和 x-y 扫描机构三部分组成。其工作原理是将需要打标的信息输入计算机，计算机按照事先设计好的程序控制激光器和 x-y 扫描机构，使经过特殊光学系统变换的高能量激光点在被加工表面上扫描运动，形成标记。x-y 扫描机构主要有机械扫描式和振镜扫描式两种结构形式。
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机械扫描式：机械扫描式打标系统不是通过改变反射镜的旋转角度去移动光束，而是通过机械的方法对反射镜进行 x-y 坐标的平移，从而改变激光束到达工件的位置。例如，激光束经过反光镜转折光路后，再经过聚焦透镜作用射到被加工工件上。其中，绘图仪笔臂只能带着反光镜沿 x 轴方向来回运动，聚焦透镜连同它上端的反光镜（两者固定在一起）只能沿 y 轴方向运动。在计算机的控制下，两者运动合成，可使输出激光到达平面内任意点，标刻出任意图形和文字。这种方式的优点是结构相对简单，成本较低，但缺点是打标速度较慢，精度有限，机械部件易磨损。
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振镜扫描式：振镜扫描式打标系统主要由激光器、xy 偏转镜、聚焦透镜、计算机等构成。将激光束入射到两反射镜（振镜）上，用计算机控制反射镜的反射角度，这两个反射镜可分别沿 x、y 轴扫描，从而实现激光束的偏转，使具有一定功率密度的激光聚焦点在打标材料上按所需的要求运动，留下永久标记，聚焦的光斑可以是圆形或矩形。振镜扫描式打标系统一般使用连续光泵工作波长为 1.06μm 的 Nd:YAG 激光器，输出功率为 10 – 120W，激光输出可以是连续的，也可以是 Q 开关调制的。这种方式应用范围广，可进行矢量打标和点阵打标，标记范围可调，具有响应速度快、打标速度高（每秒钟可打标几百个字符）、打标质量较高、光路密封性能好、对环境适应性强等优势，已成为主流的打标方式。
四、激光打标机的核心优势
4.1 高精度标记
激光打标机能够实现微米级的精度，无论是微小的电子元件上的序列号、二维码，还是精密机械零件上的复杂图案，都能清晰、准确地标记出来。其精度远远高于传统的机械打标、喷墨打标等方式。例如，在电子芯片上标记微小的字符和图案，激光打标可以确保每个标记的一致性和清晰度，满足电子行业对高精度标识的严格要求。这种高精度的标记不仅提升了产品的外观质量，还为产品的质量追溯和防伪提供了有力保障。
4.2 非接触加工
激光打标过程中，激光束与工件表面不直接接触，避免了传统机械打标方式中因接触而产生的机械应力和磨损，不会对工件表面造成划伤、变形等损伤。这使得激光打标可以应用于各种对表面质量要求极高的材料和工件，如易碎的玻璃制品、高硬度的陶瓷材料、表面敏感的光学元件等。同时，非接触加工也减少了设备的维护成本和因机械磨损导致的精度下降问题。
4.3 耐久性强
激光打标形成的标记具有出色的耐久性。通过激光与材料表面的物理或化学作用，标记与材料表面形成了永久性的结合，具有耐磨、耐腐蚀、耐高温等特性。在产品的整个生命周期内，即使经历各种恶劣的环境条件，如高温、高湿、强酸碱等，激光打标的标记依然能够保持清晰可读。例如，汽车发动机零部件上的激光打标，在发动机长期高温、高压、震动的工作环境下，标记不会褪色、模糊，为汽车的质量追溯和售后服务提供了可靠的依据。
4.4 灵活性与可编程性
激光打标机具有高度的灵活性和可编程性。它可以根据不同的需求，通过计算机软件轻松设计和更改标记内容，包括文字、图案、条形码、二维码等各种形式。无论是个性化定制的小批量产品，还是大规模工业化生产中的标准化标记，激光打标机都能快速适应。而且，它能够在不同形状、尺寸的工件表面进行标记，通过调整激光的参数和扫描路径，实现复杂曲面和异形工件的标记。例如，在珠宝行业，激光打标机可以在各种形状的宝石表面雕刻出精美的图案和文字，满足消费者个性化的需求。
4.5 环保清洁
与传统的打标方式，如喷墨打标需要使用大量的油墨，且油墨中可能含有挥发性有机化合物（VOCs），对环境造成污染不同，激光打标是一种环保清洁的加工方式。它在打标过程中不产生任何化学污染物和废弃物，无需使用油墨、溶剂等耗材，减少了对环境的危害，符合现代社会对绿色环保生产的要求。同时，也降低了企业在耗材采购、废弃物处理等方面的成本。
五、激光打标机在各行业的应用实例
5.1 电子行业
在电子行业，激光打标机广泛应用于手机、电脑、平板电脑等电子产品的外壳、主板、芯片等部件的标记。例如，在手机外壳上标记品牌 logo、型号、序列号等信息，激光打标不仅能够保证标记的清晰美观，还能提高产品的防伪性能。在芯片上，激光打标可以标记芯片的型号、生产日期、批次号等微小而精准的信息，为芯片的生产、检测和质量追溯提供了便利。
5.2 汽车行业
汽车行业对零部件的可追溯性要求极高。激光打标机在汽车发动机、变速器、车架等关键零部件上标记唯一的识别码、生产日期、生产批次等信息，这些标记能够在汽车的整个生命周期内保持清晰，便于汽车制造商对零部件进行质量管控和召回管理。同时，在汽车内饰件上，激光打标可以制作出精美的图案和标识，提升内饰的美观度和质感。
5.3 医疗行业
医疗行业对产品的安全性和质量要求极为严格。激光打标机在医疗器械、药品包装等方面有着重要应用。在注射器、输液器等一次性医疗器械上，激光打标可以标记产品的规格、生产日期、有效期、批次号等信息，确保产品的质量可追溯。在药品包装上，激光打标可以标记药品的名称、剂量、生产日期、保质期等关键信息，防止药品的假冒伪劣，保障患者的用药安全。
5.4 珠宝行业
珠宝行业注重产品的个性化和独特性。激光打标机可以在各种珠宝首饰，如戒指、项链、手链、耳环等表面雕刻出精美的图案、文字、客户的名字或特殊纪念日等个性化信息，为珠宝赋予独特的价值。而且，激光打标的高精度和耐久性能够保证雕刻的图案在长期佩戴过程中不会磨损、褪色，始终保持精美。
5.5 包装行业
在包装行业，激光打标机用于在产品包装盒、标签上标记产品信息、条形码、二维码等。它可以快速、准确地在不同材质的包装材料，如纸张、塑料、金属箔等表面进行标记，提高包装的生产效率和质量。同时，激光打标的清晰性和耐久性也有助于产品在流通环节中的识别和追溯。
六、结论
激光打标机以其先进的原理、多样的工作方式和卓越的核心优势，在现代工业和各个行业中发挥着越来越重要的作用。它不仅满足了产品精准标记、高质量标识的需求，还为企业提供了高效、环保、灵活的生产解决方案。随着科技的不断进步，激光打标机的性能将不断提升，应用领域也将进一步拓展。未来，激光打标机有望在更多新兴行业，如新能源、3D 打印、智能穿戴设备等领域展现其独特魅力，持续推动精准标记技术的发展，为各行业的创新发展注入新的活力，开启更加辉煌的精准标记新时代。
