1. 問題：スラグの飛散
レーザーマーキングマシンは、さまざまな物質の表面にレーザービームを照射して永久的なマーキングを行う装置です。マーキングの効果は、表面材料の蒸発によって深部の材料を露出させ、微細な模様、商標、文字を刻印することです。レーザーマーキングマシンは主に、CO2レーザーマーキングマシン、半導体レーザーマーキングマシン、ファイバーレーザーマーキングマシン、YAGレーザーマーキングマシンに分類されます。レーザーマーキングマシンは、より微細で高精度なマーキングが求められる場面で主に使用されます。電子部品、集積回路（IC）、電気製品、携帯電話通信機器、ハードウェア製品、工具付属品、精密機器、眼鏡や時計、宝飾品、自動車部品、プラスチックキー、建築材料、PVCパイプなどに使用されています。
この記事では、MOPAファイバーレーザーマーキングマシンについて簡単に解説します。
1. ファイバーレーザーにおけるQ変調とMOPA技術の違い
現在レーザーマーキング用途で市販されているパルスファイバーレーザーの主なタイプは、Q変調技術とMOPA技術の2種類です。MOPA技術は、レーザー発振器と増幅器がカスケード接続されたレーザー構造です。業界では、MOPAレーザーは、電気パルスで駆動される半導体レーザーシード光源とファイバー増幅器で構成される、独自のより「インテリジェント」なナノ秒パルスファイバーレーザーを指します。その「インテリジェント」は主に、出力パルス幅が独立して調整可能（範囲は最大2ns～500ns）で、繰り返し周波数がメガヘルツまで可能である点に反映されています。Q変調ファイバーレーザーシード光源構造は、ファイバー発振キャビティ損失変調器に挿入され、共振器内の光損失を周期的に変調することで、特定のパルス幅のナノ秒パルス光出力を生成します。このしばしば厄介な問題について、レーザー内部構造、出力光学パラメータ、およびアプリケーションシナリオの3つの側面から簡単に分析します。
2. レーザー内部構造
MOPAファイバーレーザーとQ変調ファイバーレーザーの内部構造は、主にパルスシード光信号の生成方法に違いがあります。MOPAファイバーレーザーは、半導体レーザーチップを駆動する電気パルスによってパルスシード光信号を生成します。つまり、出力光信号は駆動電気信号によって変調されるため、さまざまなパルスパラメータ（パルス幅、繰り返し周波数、パルス波形、出力など）を生成する柔軟性が非常に高いです。Q変調ファイバーレーザーのパルスシード光信号は、共振器内の光損失を周期的に増減させることによって生成され、パルス光出力を生成します。これは構造がシンプルで、価格面でも有利です。ただし、パルスパラメータはQ変調デバイスやその他の影響によってある程度制限されます。
MOPAファイバーレーザーおよびQ変調ファイバーレーザーの内部構造原理を模式的に以下に示します。
3. 出力光学パラメータ
MOPAファイバーレーザーの出力パルス幅は独立して調整可能です。MOPAファイバーレーザーのパルス幅は、2nsから500nsの範囲で任意に調整できます。
パルス幅が狭いほど、熱影響部が小さくなり、加工精度が向上する。
Q変調ファイバーレーザーの出力パルス幅は調整できず、一般的に80 nsから140 nsの固定値で出力されます。MOPAファイバーレーザーは、より広い範囲の繰り返し周波数を持ちます。MOPAレーザーは、MHzの高周波出力を実現できます。高い繰り返し周波数は高い処理効率を意味し、MOPAは高い繰り返し周波数条件下でも高いピークパワー特性を維持できます。Q変調ファイバーレーザーは、Qスイッチの動作条件によって制限され、出力周波数範囲が狭く、高周波でも約100 kHzにしかなりません。
4. アプリケーションシナリオ
MOPAファイバーレーザーは幅広いパラメータを備えているため、従来のナノ秒レーザー加工アプリケーションをカバーするだけでなく、独自の狭いパルス幅、高い再周波数、および高いピークパワーを活用して、独自の精密加工アプリケーションを実現することもできます。たとえば、
酸化アルミニウム薄板表面剥離用途
現在、より薄型軽量化された電子製品、多くの携帯電話、タブレット、コンピューターは、製品の筐体として薄い酸化アルミニウムを使用しています。薄いアルミニウム板に導電性ビットをマーキングする際にQ変調レーザーを使用すると、材料の変形やパッケージ背面の凸状化につながりやすく、外観の美しさに直接影響します。一方、MOPAレーザーはパルス幅パラメータが小さいため、材料の変形が起こりにくく、下線もより繊細で明るい白色になります。これは、MOPAレーザーはパルス幅パラメータが小さいため、レーザーが材料内に留まる時間が短く、陽極層を除去するのに十分なエネルギーも持っているため、薄い酸化アルミニウム表面の陽極剥離加工にはMOPAレーザーがより良い選択肢となるからです。
陽極酸化アルミニウムの黒染め処理
レーザーを使用して陽極酸化アルミニウム材料の表面に黒いロゴ、モデル番号、テキストなどをマーキングするこのアプリケーションは、過去 2 年間で Apple、Huawei、ZTE、Lenovo、Meizu などの電子機器メーカーによって、電子製品の筐体に黒いマークでロゴ、モデル番号などをマーキングするために徐々に広く使用されるようになりました。この種のアプリケーションでは、現在 MOPA レーザーのみが処理できます。MOPA レーザーはパルス幅とパルス周波数の調整範囲が広いため、狭いパルス幅、高い周波数のパラメータを使用すると、材料の表面に黒い効果をマーキングできます。また、さまざまなパラメータの組み合わせにより、さまざまなグレースケール効果でマーキングすることもできます。
カラーレーザーマーキング
カラーレーザーマーキングは、新しいタイプのレーザーマーキングプロセスです。現在、この技術は一時的にステンレス鋼、クロム、チタンなどの金属材料にカラーパターンでMOPAレーザーマーキングを行うのみです。ステンレス鋼材料に色を付ける場合、レーザービームを調整して材料の表面層の色を変えることで、さまざまな色の装飾効果を得ることができます。ステンレス鋼製品業界では、マーキングパターンに色を追加したり、さまざまなテキストパターンを自由に編集したりすることができ、操作が簡単で便利です。環境に優しく、汚染がなく、マーキング速度が速いため、ステンレス鋼製品の付加価値を大幅に高め、ステンレス鋼製品の市場競争力を高めることができます。製品に付加価値を付けます。
一般的に、MOPAファイバーレーザーはパルス幅と周波数を独立して調整でき、調整可能なパラメータの範囲が広いため、加工が精密で熱影響が少なく、薄板の酸化アルミニウムマーキング、アルマイト処理されたアルミニウムの黒色、ステンレス鋼の色のマーキングなどに優れた利点があり、Qファイバーレーザーでは実現できない効果を実現できます。Q変調ファイバーレーザーはマーキング力が強く、金属の深彫り加工に一定の利点がありますが、マーキング効果は粗くなります。一般的なマーキング用途におけるMOPAパルスファイバーレーザーとQ変調ファイバーレーザーの主な特徴を以下の表に示します。ユーザーは、マーキングする材料と効果の実際のニーズに応じて適切なレーザーを選択できます。
| アプリケーション名 | Q変調レーザー | MOPAレーザー |
| 酸化アルミニウムシート表面剥離 | 基材は容易に変形し、凸状の袋状構造や粗い底面を形成する。 | パルス幅が小さく、熱残留物が少なく、基板の変形がなく、きめ細かく明るい白色のベースパターンが得られます。 |
| 陽極酸化アルミニウムの黒染め | 質の高い埃払いは限られた量しかできない | 幅広いパラメータ設定により、グレーとブラックのさまざまな濃淡の黒処理をマークすることができます。 |
| 金属深彫り | 強力で、深い彫刻や粗いアンダーカットに適しています | 彫刻の深さは浅いが、下線は細く、テーパーは小さく、明るい白色処理が可能 |
| ステンレススチールカラー | ピントをずらす必要があるが、効果の調整はより難しい。 | パルス幅と周波数の組み合わせを調整することで、さまざまな色を演奏できます。 |
| ABS樹脂およびその他のプラスチック加工 | 黄ばみやすい、重たい感じ、速い | 触感がなく、黄ばみにくく、加工が細かい |
| 半透明プラスチックキーの塗装剥がし | 除去がより困難 | 取り外しが簡単で、エッジの輪郭がはっきりしており、光透過率が高く、効率が良い。 |
| PCB基板のマーキングバーコード、2Dコード | 単一パルスエネルギーは高いが、エポキシ樹脂はレーザーエネルギーに敏感である。 | 小パルス幅、中周波数を採用し、バーコードや2Dコードがより鮮明になり、剥がれにくく、スキャンも容易です。 |
5. MOPAレーザーマーキング機の性能特性
MOPAレーザーマーキングマシンはレーザーマーキングマシンのカテゴリに属し、ファイバーレーザーのシード光源として直接電気的に変調された半導体レーザー（MOPA）方式を使用しています。Q変調ファイバーレーザーと比較して、MOPAファイバーレーザーのパルス周波数とパルス幅は独立して制御可能で、2つのレーザーパラメータを調整することで、高速スキャン発振器システムにより一定の高ピーク出力とより広い範囲の基板へのマーキングが可能になります。高品質のレーザービーム、低コストの使用、100,000時間のメンテナンスフリーで、酸化アルミニウム黒色、304ステンレス鋼色、剥離陽極、剥離コーティング、半導体および電子産業、プラスチックおよびその他の敏感な材料のマーキング、PVCプラスチックパイプ産業に適しており、ROHS規格に準拠した環境保護パターンフォントをマーキングします。
一般的なレーザーマーキング機と比較すると、MOPAレーザーマーキング機のM1パルス幅は4～200ns、M6パルス幅は2～200nsです。一般的なレーザーマーキング機のパルス幅は118～126nsなので、MOPAレーザーマーキング機のパルス幅はより広い範囲で調整できることがわかります。そのため、一部の製品が一般的なファイバーレーザーマーキング機では効果を発揮できないのに、MOPAレーザーマーキング機ではできる理由が理解できます。
しかし、多くの顧客はMOPAレーザーマーキングマシンを購入する際、通常のファイバーレーザーマーキングマシンと同じ処理速度を期待していますが、これは明らかに間違いです。両者の技術は異なります。カラー効果を彫刻する場合、マシンは高周波で影の影響を最小限に抑えてマーキングする必要があり、これにより高解像度の彫刻が可能になりますが、同時に彫刻速度は相対的にかなり遅くなります。さらに、金属の深彫りにおいては、MOPAレーザーマーキングマシンは単一パルスエネルギーに優位性がないため、必ずしも有利とは言えませんが、繊細な仕上がりという点では、一般的なレーザーマーキングマシンよりも大規模に優れた効果を発揮します。したがって、顧客はMOPAレーザーマーキングマシンを購入する前に、このタイプのレーザーマーキングマシンの長所と短所を理解しておく必要があります。
MOPAレーザーマーキングマシンは、デジタル製品部品のレーザー彫刻、携帯電話の背面カバー、iPad、アルミニウムの黒色塗装、携帯電話のキー、プラスチックの半透明キー、電子部品、集積回路（IC）、電気製品、通信機器、浴室用衛生陶器、工具アクセサリー、切削工具、眼鏡や時計、宝飾品、自動車部品、スーツケースやバッグ、調理器具、ステンレス製品など、金属および非金属材料の精密マーキング加工に適しています。
メイブンレーザーオートメーション社は、14年間レーザー業界に注力しており、レーザーマーキングを専門としています。ファイバーレーザーマーキングマシン、CO2レーザーマーキングマシン、UVレーザーマーキングマシンに加え、レーザー溶接機、レーザー切断機、レーザー洗浄機も取り扱っております。弊社の機械にご興味をお持ちでしたら、ぜひフォローしていただき、お気軽にお問い合わせください。
投稿日時：2022年11月15日
