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使用して材料に消えない跡を残します。 しかし、レーザー彫刻では材料が蒸発し、レーザーマーキングでは材料が溶けてしまいます。 溶融物質の表面が膨張し、溝の部分を形成します。 80µ深さによって材質の粗さが変わり、白黒のコントラストが形成されます。 以下では、レーザーマーキングにおける白黒の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の共通点は、レーザービームがパルス状であることです。 つまり、レーザーシステムは一定の間隔ごとにパルスを入力します。 100Wのレーザーは毎秒100000パルスを入力できます。 したがって、単一パルスエネルギーは 1mJ であり、ピーク値は 10KW に達する可能性があると計算できます。

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。 そして最も重要なパラメータはスキャン速度とスキャン距離です。これら 2 つによって、材料に作用する 2 つの隣接パルスの間隔が決まります。 隣接パルス間隔が近いほど、吸収されるエネルギーは多くなります。

レーザー彫刻と比較すると、レーザーマーキングは必要なエネルギーが少ないため、スキャン速度が速くなります。 レーザー彫刻かレーザーマーキングかを選択する際には、スキャン速度が決定的なパラメータとなります。

（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作用すると、レーザーエネルギーのほとんどは材料表面で反射されます。 レーザーエネルギーのごく一部だけが材料に吸収され、熱に変換されます。 レーザー彫刻では材料を蒸発させるために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わると、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形状が変化します。

波長1064mmのレーザーの場合、アルミニウムの吸収率は約5%、鋼鉄の吸収率は30%以上です。 このため、レーザーマーキングは鋼鉄の方が簡単だと考えがちです。 しかし、そうではありません。 融点など、材料のその他の物理的特性についても考慮する必要があります。

（３）ステップ３：材料表面に局所的な膨張と粗さの変化が生じる。

材料が数ミリ秒で溶けて冷えると、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。

素材の表面に異なるパターンをマークすると、色も変化します。 高品質のレーザー マーキングの場合、白黒のコントラストが最適なテスト標準です。

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ます。

粗い材料の表面が入射光の大部分を吸収すると、材料の表面は黒く見えます。

一方、レーザー彫刻では、高エネルギー密度のレーザーパルスが材料の表面に作用します。 レーザーエネルギーは熱に変換され、物質を固体から気体状態に変えて物質の表面を除去します。

では、レーザーマーキングとレーザー彫刻の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後、次に検討すべきことはどちらを選択するかを決めることです。 そして、3つの要素を考慮する必要があります。

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浸透します。 したがって、ワークピースを摩耗を伴う環境で使用したり、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、レーザー彫刻を使用することをお勧めします。

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がそれほど深くないため、処理速度が速くなります。 ワークが使用される作業環境に摩耗がない場合は、レーザーマーキングを使用することをお勧めします。

3.互換性

レーザーマーキングでは材料を溶かしてわずかに凹凸のある部分を形成し、レーザー彫刻では材料を蒸発させて溝を形成します。 レーザー彫刻には、材料を昇華温度まで到達させてから数ミリ秒で蒸発させるのに十分なレーザーエネルギーが必要であるため、すべての材料でレーザー彫刻を実現できるわけではありません。

上記の説明により、レーザー彫刻とレーザーマーキングについての理解が深まったと思います。

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