レーザーマーキングとレーザー彫刻は同じものですか？

レーザーマーキングとレーザー彫刻はどちらもレーザーを用いて材料に消えない痕跡を残しますが、レーザー彫刻は材料を蒸発させるのに対し、レーザーマーキングは材料を溶融させます。溶融した材料表面は膨張し、深さ80µmの溝を形成します。これにより材料の粗さが変化し、白黒のコントラストが生じます。以下では、レーザーマーキングにおける白黒コントラストに影響を与える要因について説明します。

レーザーマーキングの3つのステップ

（１）ステップ１：レーザービームが材料表面に作用する

レーザーマーキングとレーザー彫刻に共通するのは、レーザー光がパルスである点です。つまり、レーザーシステムは一定間隔でパルスを入力します。100Wのレーザーは毎秒10万パルスを入力できます。したがって、1パルスあたりのエネルギーは1mJ、ピーク値は10kWに達すると計算できます。

材料に作用するレーザーエネルギーを制御するには、レーザーのパラメータを調整する必要があります。最も重要なパラメータは走査速度と走査距離であり、これら2つのパラメータによって材料に作用する隣接する2つのパルスの間隔が決まります。隣接パルスの間隔が短いほど、より多くのエネルギーが吸収されます。

レーザー彫刻と比較すると、レーザーマーキングは消費電力が少ないため、スキャン速度が速い。レーザー彫刻とレーザーマーキングのどちらを選択するかを決定する際には、スキャン速度が重要な判断基準となる。

（２）ステップ２：材料がレーザーエネルギーを吸収する

レーザーが材料表面に照射されると、レーザーエネルギーの大部分は材料表面で反射されます。材料に吸収されて熱に変換されるのは、レーザーエネルギーのごく一部です。材料を蒸発させるには、レーザー彫刻にはより多くのエネルギーが必要ですが、レーザーマーキングでは材料を溶かすのに必要なエネルギーは少なくて済みます。

吸収されたエネルギーが熱に変換されると、物質の温度が上昇します。融点に達すると、物質の表面が溶けて変化が生じます。

波長1064mmのレーザーは、アルミニウムに対して約5%、鋼に対して30%以上の吸収率を示します。そのため、鋼の方がレーザーマーキングしやすいと思われがちですが、実際はそうではありません。融点など、材料の他の物理的特性も考慮する必要があります。

（３）ステップ３：材料表面には局所的な膨張と粗さの変化が生じます。

材料が数ミリ秒で溶融・冷却されると、材料表面の粗さが変化し、シリアル番号、形状、ロゴなどを含む永久的なマーキングが形成されます。

材料表面に異なるパターンをマーキングすると、色も変化します。高品質なレーザーマーキングにおいては、白黒のコントラストが最適な試験基準となります。

粗い材料表面が入射光を拡散反射する場合、材料表面は白く見える。

粗い材料表面が入射光の大部分を吸収すると、材料表面は黒く見える。

レーザー彫刻の場合、高エネルギー密度のレーザーパルスが材料表面に作用します。レーザーエネルギーは熱に変換され、材料を固体から気体へと変化させることで、材料表面を除去します。

レーザーマーキングとレーザー彫刻、どちらを選びますか？

レーザーマーキングとレーザー彫刻の違いを理解したら、次にどちらを選ぶかを決めなければなりません。そして、考慮すべき要素は3つあります。

1.耐摩耗性

レーザー彫刻はレーザーマーキングよりも深く刻印できます。そのため、加工対象物が摩耗する環境で使用される場合や、表面研磨ブラストや熱処理などの後処理が必要な場合は、レーザー彫刻の使用をお勧めします。

2.処理速度

レーザー彫刻と比較すると、レーザーマーキングは浸透深度が浅いため、加工速度が速い。加工対象物が使用される作業環境で摩耗が発生しない場合は、レーザーマーキングの使用を推奨する。

3.互換性

レーザーマーキングは材料を溶融させてわずかに凹凸のある部分を形成するのに対し、レーザー彫刻は材料を蒸発させて溝を形成します。レーザー彫刻は、材料を昇華温度まで加熱し、数ミリ秒以内に蒸発させるのに十分なレーザーエネルギーを必要とするため、すべての材料に適用できるわけではありません。

上記の説明を通して、レーザー彫刻とレーザーマーキングについてより深くご理解いただけたかと思います。

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