1 はじめに
1970 年代後半から 1980 年代前半にかけて、全く新しいレーザー応用技術-レーザー マーキング技術-が国際舞台に静かに登場しました。レーザーマーキングマシンは、レーザー加工原理の重要な応用例です。具体的には、加工されたレーザービームを利用して材料の表面を照射します。光エネルギーが瞬時に熱エネルギーに変換され、表面素材が瞬時に溶けたり蒸発したりして、文字や模様などからなるマーキングが形成されます。
2 レーザーマーキングの応用分野とメリット
産業分野では、電気処理から光学処理の時代へ徐々に移行しています。レーザーマーキングマシンは汎用性が高く、優れた結果と安定性を提供するため、多くの分野で広く応用されています。さまざまな金属材料-や特定の非金属材料--を彫刻したり、複製が非常に困難な永続的な偽造防止マーキングを作成したりできます。-コンピュータの入出力システムと検流計スキャン機構の採用により、これらのマシンは高速な処理速度を達成します。完全に密閉された導光システムは、さまざまな環境条件への高い適応性を示し、モジュール式の内部構造によりメンテナンスとサービスが簡素化されています。{8}}これらは、「オンライン」本番ワークフローへの統合に特に適しています。-レーザーマーキングマシンは現在、商標、バッチ番号、日付、バーコード、その他の識別子を、さまざまなハードウェアアイテム、金属容器、精密機器、自動車部品、電子部品、切削工具、ギフト、時計、配管器具、眼鏡フレーム、荷物のバックル、ジッパー、ボタン、靴のバックル、コンピュータのキーボードなどの幅広い製品に適用するために広く利用されています。図 1 と図 2 はそれぞれ、磁気ディスク上のレーザーマーキングとイレーザーによって作成されたパターンを示しています。レーザーマーキング加工を施すことにより、製品の品質を向上させ、市場競争力を高めることができます。
レーザーマーキングには、従来の方法（化学エッチング、放電加工、機械彫刻、印刷など）ではほとんど匹敵しない利点があります。まず、数値制御 (NC) テクノロジー-または直接コンピュータ制御-が採用されているため、マーキングの内容を非常に簡単に変更できます。この機能は、現代の製造業における高効率かつ速いペースの-要求に完全に適合します。- 2つ目は、加工媒体としてレーザーを使用することにより、さまざまな素材との幅広い適合性を示しながら、絶妙な彫刻精度を実現し、広範囲の表面に非常に複雑で耐久性に優れたマーキングを作成することを可能にします。最後に、このプロセスではワークピースに物理的接触や機械的な力が加えられないため、ワークピースの元の精度と完全性が完全に維持されます。これは生産プロセスの最終段階として機能するため、ポストマーキングの仕上げ作業が不要になります。-その処理方法は柔軟性が高く、実験室スタイルの小規模バッチ生産と大規模な工業生産の両方の要件に対応できます。-さらに、汚染物質を生成せず、環境汚染を引き起こしません。-これは、環境保護がますます優先される今日の世界において特に重要な要素です。最も重要なことは、レーザー マーキング技術を使用して作成されたマーキングは偽造や改ざんが非常に困難であるため、強力な偽造防止機能を提供できることです。- 1990 年代以降、-レーザー マーキング技術の成熟度の高まり、レーザー マーキング機器の継続的な改良、この新しい技術に対する市場の理解の深まりによって-、主にその明確な利点により、レーザー マーキング技術は国際的にますます広範囲に応用されるようになりました。特に、有名なアメリカ企業インテルが新世代のコンピュータ CPU チップ-Pentium、Pentium Pro、Pentium MMX- を発売したとき、レーザー マーキング テクノロジーを利用して、すべてのチップの表面にマーキングを刻みました。
3 レーザーマーキングマシンの分類
レーザーマーキングはどのように行われるのでしょうか?一般的に言えば、レーザーマーキングは、ワークピースとレーザービームの間に相対運動を生み出すことによってコンピューター制御の下で行われます。これにより、レーザー ビームがワークピースの表面に目的のシンボルやパターンをアブレーションします。理論的には、レーザーとワークピースの間に制御された相対運動が確立できる限り、レーザーマーキングを実現できます。その結果、現在のレーザーマーキング分野では、多種多様なレーザーマーキングマシンが使用されています。
レーザー ビームが静止しているか動いているかに基づいて、レーザー マーキング機は、固定ビーム システムと移動ビーム システムの 2 つのタイプに大別できます。-名前が示すように、前者は移動するワークピースに対して静止したレーザー ビームを使用し、後者は静止したワークピースに対して移動するレーザー ビームを使用します。固定ビーム レーザー マーキング マシンは通常、CNC- 制御の 2- ワークテーブルを使用して、マーキングされるワークピースを操作します。その主な利点は、比較的コストが低いことです。ただし、マーキング速度が遅い、マーキング精度が低い、写真などの複雑なコンテンツをマーキングするのが難しい、オンライン生産ラインに統合するという課題など、欠点も同様に明らかです。移動ビームレーザーマーキングマシンは、特定のビーム操作方法に基づいてさらにさまざまなタイプに分類できます。それぞれに独自の長所と短所がありますが、移動ビーム システムは一般に固定ビーム システムよりも優れています。{10}{11}}可動ビーム システムの中でも、検流計ベースのレーザー マーキング マシンは代表的な例として際立っています。{14}現在、国際的なレーザー マーキング コミュニティでは、利用可能なさまざまな機械の中で、検流計ベースのシステム-がその固有の利点のおかげで-主流の製品として台頭しており、レーザー マーキング技術の将来の開発の決定的な方向性とみなされていることが広く認識されています。
レーザーマーキングマシンは、使用する光源の種類に基づいて、YAG レーザーマーキングマシンと CO2 レーザーマーキングマシンに分類することもできます。これら 2 つの異なる光源は、異なる種類の材料のマーキングに適しています。波長の違いにより、CO2 ガス レーザー マーキング機は非金属材料のマーキングに限定されます。一方、YAG 固体レーザー マーキング機は非金属材料と金属材料の両方をマーキングできます。- CO2 ガスレーザーマーキングマシンの主な消耗品は、混合ガスまたは交換用レーザーチューブです。さらに、ゲルマニウム レンズは磨耗しやすい部品であり、比較的高価です。{8}}{9}}対照的に、YAG ソリッドステート レーザー マーキング機の主な消耗品はポンプ ランプ (パルス レーザーはキセノン ランプを使用し、連続波レーザーはクリプトン ランプを使用します) であり、安価です。近年、半導体レーザーのコスト低下により、新しいタイプのレーザー技術が登場しました。それは、波長 1064 nm のレーザービームを生成する半導体-励起レーザー結晶 (YAG など) です。これらのシステムは、メンテナンス不要の 10,000 時間の運用寿命、{17}}設置面積がコンパクトであることが特徴で、-従来のシステムとは異なり-大規模な冷却インフラストラクチャを必要としません。- Daheng Laser (中国) は国内市場の先駆者であり、最初の半導体励起 YVO4 レーザー マーキング マシンの開発に成功しました。-この技術は高度な国際標準に達し、以来標準化され確立された製品になりました。
レーザーマーキング機4選
レーザーマーキングシステムは、レーザーエネルギーを利用して基板上にマークを作成します。ただし、実際に生じる効果は、使用するレーザーの種類や基板材料の固有の特性などの要因に応じて大幅に変化する可能性があります。たとえば、連続波 CO2 レーザーは通常、表面アブレーション (エッチング) によってマークを作成します。パルス横励起大気圧（TEA）ガスレーザーは炭化によりマーキングを実現します。エキシマレーザーは光化学反応に依存しています。一方、Nd:YAG レーザーは熱化学反応方式を利用します。
特定のアプリケーションごとに、固有の一連のパフォーマンス要件が提示されます。したがって、レーザー システムを任意に選択することはできません。レーザー マーキング システムの設計者にとって、重要な課題は、理想的な高品質のマークを確実に作成するために、特定の基板材料に最適なレーザー波長と光学構成を選択することにあります。-レーザーマーキングを成功させる鍵は、「6-」方法論を厳密に適用することにあります。たとえば、プラスチックマーキングの場合、設計者は材料の化学組成と成形プロセスの両方を徹底的に分析して、添加剤の均一な分散を確保し、マシンビジョンシステムなどの品質管理技術の包括的な統合を促進する必要があります。
現在でも、ビーム操作可能な Nd:YAG および CO2 レーザー システムは、レーザー マーキング アプリケーションにとって最も理想的なソリューションです。{0} Nd:YAG レーザーマーキングマシンの物理的構成を図 3 に示します。一般的なシステムでは、一対の走査ミラーを使用してレーザービームを操縦し、対物レンズシステムを通してターゲット表面に正確に焦点を合わせます。これらのミラーは、制御コンピュータによって発行されたコマンドに厳密に従って走査動作を実行します。他のレーザー-（パルス横励起大気圧ガス レーザーなど）--はマスク マーキングを利用しますが、CO2 レーザー ドット-マトリックス マーキング システムもマーキング業界で重要な地位を占めています。
