優化聲光調制器意味著,將激光光束進行整形以在小的光斑和仍適合這種晶體的強度之間達到平衡。光斑越小,脈沖頻率就越高。必須在橫向和旋轉方向進行優化,這將會起到很大的作用,除非兩個平移運動和三個旋轉運動的樞軸點可以轉移到晶體表面的入射光束的質心。六軸以一種完美的方式實現了此功能,并允許在十分之幾納米范圍內進行運動。圖5展示了有六軸和可快速更換鏡片的碳纖維CO2激光器的中央諧振腔。在光束路徑上亮起了綠色的激光指示光束以進行預校準。
圖5:CO2 激光器有著碳纖維諧振器和能優化位于其上的聲光調制器的六軸。
實驗證明了聲光調制器移位和傾斜的較大公差,以及對光束模式的高敏感性。不良的模式會即刻導致光束的嚴重變形,可以通過將聲光調制器之后的PyroCam得到的結果和前一個結果進行比較來檢測這一變形。
不用任何閉環調節就讓功率穩定性提高了10倍。這對于高精度應用是一個良好的基礎。甚至直接用于聲光調制器和諧振腔溫度調節裝置的熱電冷卻也提高了穩定性。
應用
對激光源進行優化后,功率穩定性得到提高(小于±1%),并且光束模式接近完美的高斯形狀,因此將能獲得非常精確和高可重復性的雕刻結果(圖6)。
圖6:高精度和高可重復性的激光雕刻。
性能越好,就能服務于更多的應用,尤其是高速激光雕刻滾筒,后者可以用于汽車行業高品質儀表板的浮雕、生產人造皮革和前面提到的高防偽印刷應用。目前正在進行的研究圍繞著優化光束形狀以獲得更快的脈沖。而且,將激光信號的全閉環控制進行優化,并發展到可以進行工業化應用,以確保得到受信任的脈沖。那么,有哪些應用呢?
罐。只要看看罐的年產量已經超過14億(這只是在德國?。?,我們就能了解罐業對飲料市場的巨大影響了。所有主要的產量上億的罐生產商都已經改變了他們的設計,即從膠片曝光轉變到高速激光雕刻印刷版。這使他們能在不到一天時間內進行新的設計,包括從構思到準備印刷干式膠印版。另一方面,高分辨率的直接雕刻和3D結構干式膠印版能在罐上實現照片效果的印刷,不久的將來我們將會在全世界的商店里看到它。通常情況下使用四個版(CMYK四色)和一些附加的專色。每分鐘3000個罐的生產和在線多色印刷令人嘆為觀止,約10μm的雕刻結構能實現最精細的細節,特別是當它輕觸印版時(印版上的精細結構平穩地與罐接觸來印刷淺色的區域)。用雕刻來實現浮雕滾筒的壓入結構是這個行業的一個趨勢。另一個令人驚奇的趨勢是酒從罐裝到瓶裝的轉變。
三大制罐生產商(Rexam、Bal lPackaging和Crown)的營業額加在一起比整個激光行業都要多;我們可以盡情想象激光雕刻應用對這個消費性行業中的一個分支將帶來的巨大影響(圖7)。
圖7:罐生產行業達到了數億的級別。
到目前為止罐并不是食品和飲料工業中的唯一應用??纯此崮瘫蛩纳w子,很有可能上面的高分辨率印刷就是用激光來實現的。
汽車行業的應用。在汽車行業使用激光可以追溯到早期。眾所周知,許多儀表板元素的日/夜亮度變化設計就是一個常見的激光應用。當前的潮流是將復雜的仿真動物圖案應用在儀表板上(通常是掃描真正的皮,再借助復雜的算法來實現接近完美的非重復性的外觀)。每個汽車制造商都有獨特的設計,甚至汽車公司對于每種系列的汽車都有非常典型的對應這種類型汽車的設計,無論是SUV還是跑車。除了合成革儀表板,其他應用包括車門鑲件用織物以及和座位相關的應用都獲得了額外的關注(圖8)。
圖8:儀表板上的合成革。
前景
如今,直接激光雕刻在分辨率和生產率方面有一定限制。將聲光調制器和CO2激光器結合,當前的激光功率的限制約為600W,這種情況下印刷版或滾筒(3D深度為500μm)的生產速度約為每小時1m2,這足以適用許多應用,但是業界的要求并不僅止于此。在不久的將來會有更大的進步(例如多光束)。當年美好的膠片材料將退休,激光將徹底取而代之。
對合成革材料和浮雕的研究結果,都將在日常生活中的很多產品上呈現(袋、錢包),每時每刻我們都可能與激光雕刻技術產生聯系。想象一下當你打開一瓶礦泉水,瓶標可能就是用高速的激光雕刻印刷版來印刷的。