激光精細(xì)刻劃技術(shù)具有標(biāo)記速度快，字跡和圖形清晰美觀，安全無(wú)污染，不影響基材品質(zhì)的特點(diǎn)，在鉆石珠寶行業(yè)引發(fā)了革命性的變化，并正以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)取代傳統(tǒng)的刻劃方法。長(zhǎng)春新產(chǎn)業(yè)光電技術(shù)有限公司依托中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，成功研制了具有多項(xiàng)核心技術(shù)和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系列激光精細(xì)刻劃系統(tǒng)。該系列激光精細(xì)刻劃設(shè)備綜合了激光技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的光機(jī)電一體化系統(tǒng)，其主要性能指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際同類產(chǎn)品的水平。
激光刻劃技術(shù)的原理與優(yōu)勢(shì)
激光精細(xì)刻劃系統(tǒng)主要由激光器、激光聚焦與成像光學(xué)系統(tǒng)、平移臺(tái)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輸入/輸出控制卡、計(jì)算機(jī)和控制軟件等組成。
激光器輸出高峰值功率的激光，經(jīng)擴(kuò)束鏡和物鏡形成直徑很小的光斑并聚焦到物件的表面，在局部形成高能量密度的光輻照，材料吸收一部分光能，并將其轉(zhuǎn)換成熱量，熱量會(huì)通過(guò)材料傳導(dǎo)使物件氣化，達(dá)到打標(biāo)的目的。激光器的功率強(qiáng)度和脈寬是影響激光束與材料相互作用的關(guān)鍵因素，強(qiáng)度越強(qiáng)，脈寬越窄，刻劃越深。聚焦斑點(diǎn)的大小和質(zhì)量是影響激光精細(xì)刻劃的重要因素，激光聚焦的大小還受激光光束質(zhì)量的影響，因此聚焦光斑的大小決定激光精細(xì)刻劃線條的粗細(xì)。
圖1和圖2為激光精細(xì)刻劃?rùn)C(jī)和帶有CCD攝像頭和電動(dòng)平移臺(tái)的鉆石激光微刻機(jī)。
激光精細(xì)刻劃?rùn)C(jī)的工作過(guò)程：激光束經(jīng)過(guò)振鏡系統(tǒng)，再經(jīng)物鏡聚焦于物件的表面，計(jì)算機(jī)控制振鏡運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)光束按照設(shè)定的路徑移動(dòng)并在物件表面形成刻蝕。
鉆石激光微刻機(jī)的工作過(guò)程：光學(xué)系統(tǒng)將鉆石成像于CCD的像元面上，CCD采集其圖像并顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，用于選取刻字的位置，以保證激光光束聚焦于所選區(qū)域的表面。鉆石激光微刻機(jī)采用物件移動(dòng)的方式進(jìn)行掃描，電動(dòng)平移臺(tái)將物件按照設(shè)定的路徑作二維移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)激光光束聚焦于物件表面形成刻蝕，該方法更適合精細(xì)標(biāo)刻。
激光精細(xì)刻劃?rùn)C(jī)使用的是光束質(zhì)量M2<1.1，脈沖寬度<5ns，波長(zhǎng)為1064nm的YAG調(diào)Q紅外脈沖激光器，該設(shè)備具有以下特點(diǎn)：
1.體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，方便攜帶；
2.實(shí)現(xiàn)完全風(fēng)冷，熱耗損低，無(wú)需單獨(dú)配備冷卻系統(tǒng)；
3.輸出激光光斑較小，打標(biāo)線條較細(xì)，更適合一些較精細(xì)圖文的標(biāo)記；
4.光束質(zhì)量好，輸出激光穩(wěn)定性高，打標(biāo)效果易調(diào)試；
5.整機(jī)性能穩(wěn)定，體積小，功耗低。
鉆石激光微刻機(jī)使用的是光束質(zhì)量M2<1.05，脈沖寬度<3ns，波長(zhǎng)為1064nm的YAG調(diào)Q紅外脈沖激光器，該設(shè)備有以下優(yōu)點(diǎn)：
使用自主研發(fā)的具有國(guó)際領(lǐng)先水平的調(diào)Q激光器，激光光束質(zhì)量好，與物質(zhì)作用時(shí)間<3ns，熱效應(yīng)極??；?高倍擴(kuò)束器和雙波段消像差聚焦鏡聯(lián)合使用，完美的設(shè)計(jì)使聚焦光點(diǎn)小至?5μm；
使用高精度X-Y-Z數(shù)控電移平臺(tái)，重復(fù)定位精度達(dá)到±1μm；?使用激光和CCD顯微共焦瞄準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)，使微米級(jí)被刻鉆石圖像和激光刻線同時(shí)顯示在屏幕上，操作人員的眼睛不感到疲勞；?特殊設(shè)計(jì)的軟件可以輸入編輯任何文字圖形，操作簡(jiǎn)單易學(xué)；?設(shè)備使用壽命>20?000小時(shí)，總耗電量<200W，無(wú)水冷，免維護(hù)。
3.應(yīng)用領(lǐng)域
與傳統(tǒng)的鉆石粉研磨和離子束刻劃方法相比，激光精細(xì)刻劃技術(shù)具有標(biāo)記速度快，可隨意選擇字符和圖案，字跡清晰美觀，對(duì)鉆石的光澤度和純度不產(chǎn)生任何影響，并具有安全無(wú)污染，操作簡(jiǎn)單和成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，因此在鉆石珠寶行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用?。
眾所周知，鉆石是世界上最堅(jiān)硬的物質(zhì)，比紅藍(lán)寶石的硬度高150倍。人們?nèi)粘Ｗ鲋閷毷罪椨玫你@石體積非常小，因此想在其表面上實(shí)現(xiàn)微標(biāo)記，其難度可想而知。鉆石激光微刻機(jī)，可以在鉆石腰線上刻出字高50μm?的英文字母和阿拉伯?dāng)?shù)字，相當(dāng)于在1mm2的面積內(nèi)刻出400個(gè)字符。這種標(biāo)刻對(duì)鉆石形成的損耗僅為萬(wàn)分之一克拉，對(duì)以克拉為單位的鉆石商業(yè)銷售不存在任何影響，反而卻可以提高鉆石標(biāo)刻后的售價(jià)。
激光精細(xì)刻劃技術(shù)所具備的更深雕刻的特性，也非常適合在貴重且精小的戒指、項(xiàng)鏈等珠寶首飾表面實(shí)現(xiàn)耐磨的永久性標(biāo)記。在當(dāng)今珠寶市場(chǎng)，個(gè)性化的標(biāo)刻深受顧客的青睞，如在首飾等配件上標(biāo)刻上有特殊意義的文字，祝福語(yǔ)和個(gè)性化的圖案等。此外，激光精細(xì)刻劃技術(shù)還可以在諸如銅、不銹鋼、銀、黃金、K金、白金、鉑金和鈦等絕大多數(shù)材料制品表面上實(shí)現(xiàn)各種標(biāo)記
激光精細(xì)刻劃技術(shù)所具有的優(yōu)點(diǎn)正在改變傳統(tǒng)的刻劃方法，并將對(duì)珠寶行業(yè)產(chǎn)生革命性的影響。中國(guó)鉆石珠寶行業(yè)從20世紀(jì)90年代便開(kāi)始進(jìn)入一個(gè)迅猛的發(fā)展期，其中鉆石業(yè)的發(fā)展速度更是驚人！中國(guó)作為世界第二大鉆石消費(fèi)國(guó)，未來(lái)發(fā)展前景看好。相信隨著鉆石珠寶行業(yè)的發(fā)展和人們對(duì)此類物品賦予的特殊附加意義，激光精細(xì)刻劃技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用。
