MOPA光纤激光器应用—阳极铝打黑应用指南及解决方案

MOPA光纤激光器应用—阳极铝打黑应用指南及解决方案
MOPA光纤激光器应用—阳极铝打黑应用指南及解决方案随着激光高端应用的平民化趋势的深入和发展，阳极氧化铝打黑应用得到了很大的普及和市场接受，被许多工业领域所采用，但阳极铝打黑工艺对激光光源，设备精度，周边环境，操作人员的经验以及原材料等诸多方面都有较严格的要求，许多客户在此方面有许多问题，比如，打出的图案黑度不均匀，打的不够黑，速度不快等，为了使客户更好地了解阳极铝打黑的原理和工艺，提高打黑质量和效率，我们将客户常见的问题以及激扬光电30W智能激光器的解决方案列出来，供大家参考。

阳极氧化铝打黑的机理是通过聚焦后高能量密度的激光，在很短的时间内将膜厚为5-20um的阳极氧化铝层进一步氧化并改变表面材料的机理，如图1所示为不同厚度以及表面不同处理工艺的阳极氧化铝表面。

图1不同厚度和不同表面处理工艺的阳极氧化铝表面
一、影响阳极铝打黑的因素和参数设置
影响阳极氧化铝打黑的因素有很多，归纳总结主要因素如下图2。

图2影响阳极氧化铝表面打黑的因素
1、材料因素：
主要包括阳极氧化铝其氧化层的膜厚，以及表面处理工艺，一般来讲，膜厚在5-20um，膜的厚度直接决定打黑的效果和效率，一般膜厚在10-20um较容易打黑，膜厚小于8um 时，氧化膜太薄，容易打破，出现白点的现象，需要提高脉冲频率和提高填充密度（见下表）。

另外阳极氧化铝表面处理工艺将直接影响打黑效果，喷砂以及表面拉丝是常见的工艺，喷砂的粗细度对于打标出来的效果会产生不同的影响，喷砂颗粒越细，打黑效果越好。

建议阳极铝的膜厚为10-15μm，这样总体的黑度效果会更佳。

典型激光参数
阳极氧化铝膜厚<5um5-10um10-20um
填充密度（mm)0.0002-0.00050.0005-0.00080.001-0.002
功率设置（%）50-70%40-50%30-40%
脉冲频率（KHz）800-950600-800350-600
振镜速度（mm/s)1500-30001500-2000800-1500
填充方式蛇形蛇形蛇形
2、激光器的安装和参数设置影响
1）激光器的安装和调光
在开启光纤激光器之前，首先请确保电源、控制板卡等部件都已经正确连接，调整好振镜和工作平台，确保振镜与工件表面是在平行的水平位置，激光器的入射光斑光轴同振镜激光入射口光轴重叠，出射光斑位于出光孔中心的位置。

光路的偏差将直接导致打黑的不均匀。

2）功率和频率
激光参数的设定将直接影响阳极铝打黑的质量和效果，对于30W 智能激光器打黑来说，主要的激光参数是功率设置和频率设置，频率越高，脉冲宽度越短，需要的功率也就越高，具体设置可参考下图（图3），由于材料以及膜厚的不同，客户在测试时还要根据具体情况来调整参数，以达到最佳效果。

假设如下参数固定不变：
激光类型：20W智能激光器30W智能激光器
填充密度（mm)0.0010.001
振镜速度（mm/s)10001000
聚焦后光斑大小(um)6060
填充方式蛇形蛇形
F-Theta Lens（mm)160160
BDO光斑大小（mm)55
平均功率(w)2030
功率设置同脉冲频率的关系如图3，当脉冲频率提高时，功率也要相应的提高，一般在500KHz时，功率设置在30-35%，当频率上升到800-900KHz时，功率要到70%左右。

图3频率和功率设置的关系：频率越高，脉冲宽度越短，需要的
功率也越高
3、打标工艺因素：
打黑工艺主要包括场镜的焦距，光斑的大小，填充方式，正焦还是离焦等等。

1）填充密度与振镜线速度的设置关系：
填充密度和振镜速度在打黑过程中有一定的连带关系，一般来说，填充密度较密，振镜的线速度可以较高，相反，如果填充密度较疏，振镜的线速度就要降下来，以求达到相同
的打标黑度，比如，填充密度为0.001mm，振镜速度为1000mm/s时的打黑黑度与填充密度为0.0002mm，振镜线速度5000mm/s时打标的黑度基本相同（还需要适当调整功率），客户可以参考下面图表（图4）调整参数以求得到最佳效果。

假设如下参数固定不变：
激光类型：20W智能激光器30W智能激光器脉冲频率（KHz）500500
功率设置（%）3530
聚焦后光斑大小(um)6060
填充方式蛇形蛇形
F-Theta Lens（mm)160160
BDO光斑大小（mm)55
平均功率(w)2030
图4填充密度与振镜线速度的设置关系，不同的参数可以得到相同的黑度
2）焦平面对打黑的影响
采用激扬光电智能激光器打黑时可以是正焦打黑，也可以是离焦打黑，但我们建议客户采用正焦打黑方式，因为离焦在对于打图案面积较大，或被打材料一致性不高时，容易出现不均匀的现象（其他类型的激光器也有此现象），这是因为在离焦时（无论是正离焦还是负离焦），激光的能量密度在工作范围的中心区域同边缘区域有很大的差异，从而造成打黑不均匀的现象。

3）场镜焦距对打黑的影响
一般来说，不同焦距的场镜的选择取决于聚焦后的光斑大小以及工作范围，160mm 的场镜较适合阳极铝打黑，如果选用254mm或更大的场镜，需要提高激光功率（得到相同的能量密度）或降低打标速度，因此160mm的场镜可以得到较高的打黑效率。

4）填充方式对打黑的影响
填充方式将直接决定打黑的质量和效率，一般情况下选用蛇形填充可以大大提高打黑效率，单向填充可以提高打黑的质量。

其他的填充方式也各有其特点，客户可以根据不同的要求测试选择最适合的方式。

4、设备和环境对阳极铝打黑的影响
阳极铝激光打黑同其他激光打标有很大的不同，由于激光能量的微小变化在打黑上都有十分明显的表现，因此，对设备信号稳定性以及环境震动和干扰都有很高的要求.
1）信号线干扰
激光设备中一般有电源线和信号线两种，信号线包括振镜信号线和激光控制信号线，电源线包括振镜电源线（15V）和激光器电源线（24V）。

在机箱内布线时，一定要将电源线同数据线分开（空间上分开），避免混在一起，如有条件，将数据线和电源线分别放在相应的屏蔽槽内，避免电源线对数据线产生干扰。

2）数据线需要有屏蔽层
设备的所有数据线（包括USB）需要有屏蔽层，而且屏蔽层一端要接地（不要两端同时接地）。

屏蔽层将有效屏蔽外来信号干扰。

3）环境和震动
激光打标机的电源最好不要同其他大电流设备共用一个电源插槽，因为其他设备的开启或断开可能对激光打标机产生影响，另外，避免附近环境中有振动源。

4）地线
打标设备的所有电源的地线（比如振镜电源线的地线和激光电源线的地线）要同220V 地线相连，一定要避免多点接地现象。

二、阳极铝打黑常见问题以及解决方案：。