Рассказываем, как лазер делает цветную гравировку на металле.
Физика процесса
При термическом воздействии лазерного луча на металл на его поверхности может образоваться тонкий слой оксида.
Например, при нагреве титана до 1438–1497 °C в присутствии атмосферного воздуха образуется непрозрачный золотисто-желтый оксид титана (II). А состав оксидной пленки на нержавеющей стали может варьироваться образуются оксиды железа и добавок (Fe2O3, Cr2O3, NiO).
Цвет слоя зависит от его толщины и структуры: за счет интерференции света создаются условия для выборочного отражения света в диапазоне длин волн, который определяется толщиной и углом падения света на поверхность. Если условия воздействия подобраны правильно, получится яркий насыщенный цвет.
Для создания разных цветов нужен лазерный источник с возможностью точной настройки параметров, таких как скорость перемещения луча, частота и длительность импульсов — например, такой, как в волоконных лазерных граверах ЛАССАРД.
Цветная гравировка vs цвета побежалости
Плотность энергии лазерного излучения, обеспечивающая цветное окисление, ниже порога испарения материала: она должна обеспечить постепенное формирование оксидного слоя, а не удаление материала.
По своей природе лазерная цветная гравировка похожа на цвета побежалости, наблюдающиеся при перегреве металла при дуговой сварке в зоне термического влияния:
В зависимости от степени и длительности нагрева получаются все цвета радуги. Лазерный гравер превращает окрашивание поверхности из неконтролируемого побочного эффекта в точно настраиваемый и управляемый.
На каких металлах можно делать цветную гравировку?
Технология лазерной гравировки особенно эффективна на металлах, склонных к окислению — нержавеющей стали и титане.
Как получить определенный цвет?
Основные характеристики режима работы лазера, которые влияют на толщину и состав оксидной пленки, — это плотность мощности, длительность импульсов и общее время воздействия.
Для выбора оптимальных режимов создают несколько пробных образцов с матрицей постепенно меняющихся режимов, например, расстояние между строками и скорость перемещения луча, или скорость луча и мощность излучения.
Необходимые для получения одного цвета параметры будут отличаться для заготовок различной толщины и даже для различных партий одинаковых изделий. Кроме того, в общем случае на результат повлияет и масштаб элементов на рисунке, поэтому элементы на тестовых образцах должны быть похожих масштабов.
Цветная гравировка под микроскопом
Мы провели анализ поверхности цветной лазерной гравировки на оптическом профилометре Sensofar S lynx. Посмотрим, как выглядит лазерная гравировка под микроскопом.
Для исследования мы выбрали участок, обозначенный маленьким белым квадратом в верхней части изображения на левом рисунке — это участок, на котором цвет гравировки белый:
Размер этого квадрата - 282Х282 мкм. Как видно на микрофотографии, на одной линии импульсы воздействовали на поверхность с 50% перекрытием.
Толщина сформированных структур составляет менее 2 мкм. Это всего две длины волны инфракрасного излучения, которое эти структуры формирует, и в 50 раз тоньше человеческого волоса :)
Лазерная гравировка — это высокоточная технология, которая предоставляет неограниченные возможности для творчества.
В качестве заключения:
Практические советы по созданию цветных гравировок
Перед работой очистите поверхность заготовки от загрязнений, например, особо чистым ацетоном.
Для подбора режимов создайте серию пробных образцов — матрицу с меняющимися параметрами режимов обработки и выберите самые удачные настройки.
Лазерные технологии в ЛАССАРД
Если вы хотите увидеть лазерные технологии в действии, то приезжайте к нам в шоурум! Мы покажем, как лазерные технологии работают на практике в станках для резки, сварки, маркировки, очистки и упрочнения, а также в гибридном станке 4 в 1.
Наши контакты:
📱 Сайт
📱 Интернет-магазин оптико-механических изделий и оптических столов
👥 ВК
📺 RUTUBE
🏭 Наше производство и шоурум: ОЭЗ «Технополис Москва», 109316, Россия, Москва, Волгоградский проспект, д. 42, корп. 5, пом. 1Н
📞 Наш телефон: +7 495 120 68 86
✉️ Наша почта: sales@lassard.ru