1. المشكلة: تناثر الخبث
آلة الوسم بالليزر هي آلة تقوم بتسليط شعاع ليزر على سطح مواد مختلفة لترك علامة دائمة. وتتمثل وظيفة الوسم في إظهار المادة من خلال تبخير سطحها، مما يسمح بنقش أنماط دقيقة وعلامات تجارية ونصوص. تنقسم آلات الوسم بالليزر إلى أنواع رئيسية، منها: آلة الوسم بليزر ثاني أكسيد الكربون، وآلة الوسم بليزر أشباه الموصلات، وآلة الوسم بليزر الألياف، وآلة الوسم بليزر ياج. تُستخدم آلات الوسم بالليزر بشكل أساسي في التطبيقات التي تتطلب دقة عالية وتفاصيل دقيقة. وتُستخدم في مكونات إلكترونية، ودوائر متكاملة، وأجهزة كهربائية، واتصالات الهواتف المحمولة، ومنتجات الأجهزة، وملحقات الأدوات، وأدوات القياس الدقيقة، والنظارات والساعات، والمجوهرات، وقطع غيار السيارات، والمفاتيح البلاستيكية، ومواد البناء، وأنابيب PVC.
ستقدم لك هذه المقالة فهمًا سريعًا لآلة الوسم بالليزر الليفي من نوع موبا
1. الفرق بين تعديل Q وتقنية MOPA في ليزرات الألياف
يُعدّ كلٌّ من تقنية تعديل Q وتقنية MOPA النوعين الرئيسيين من ليزرات الألياف النبضية المتوفرة حاليًا في السوق لتطبيقات الوسم بالليزر. تتكون تقنية MOPA من مذبذب ليزر متصل بمضخم على التوالي. في المجال الصناعي، يُشير ليزر MOPA إلى ليزر ألياف نبضي نانوثانية فريد من نوعه وأكثر "ذكاءً"، ويتكون من مصدر ليزر شبه موصل يُشغَّل بنبضة كهربائية ومضخم ألياف. يتجلى "ذكاؤه" بشكل أساسي في إمكانية ضبط عرض نبضة الخرج بشكل مستقل (يتراوح بين 2 و500 نانوثانية)، وتردد تكرار يصل إلى ميغاهرتز. أما في ليزر الألياف بتقنية تعديل Q، فيُدمج مصدر الليزر في مُعدِّل فقد تجويف تذبذب الألياف، حيث يتم تعديل الفقد البصري في التجويف الرنيني دوريًا لإنتاج نبضة ضوئية نانوثانية بعرض محدد. سنُجري تحليلًا موجزًا لهذه المشكلة التي غالبًا ما تُثير التساؤلات، من ثلاثة جوانب: البنية الداخلية لليزر، والمعلمات البصرية للخرج، وسيناريوهات التطبيق.
2. البنية الداخلية لليزر
يختلف التركيب الداخلي لليزر الألياف MOPA عن ليزر الألياف المُعدَّل Q بشكل أساسي في طريقة توليد إشارة النبضة الضوئية الأولية. تُولَّد هذه الإشارة بواسطة نبضة كهربائية تُشغِّل شريحة ليزر أشباه الموصلات، أي أن إشارة الخرج الضوئي تُعدَّل بواسطة الإشارة الكهربائية المُشغِّلة، مما يوفر مرونة كبيرة في توليد معلمات نبضية مختلفة (عرض النبضة، تردد التكرار، شكل موجة النبضة، القدرة، إلخ). أما في ليزر الألياف المُعدَّل Q، فتُولَّد إشارة النبضة الضوئية الأولية عن طريق زيادة أو تقليل الفقد الضوئي في تجويف الرنين بشكل دوري لإنتاج خرج ضوئي نبضي، وهو ما يتميز ببساطة تركيبه وانخفاض تكلفته. مع ذلك، فإن معلمات النبضة محدودة نوعًا ما بسبب أجهزة التعديل Q وعوامل أخرى.
يُوضح الشكل التخطيطي التالي مبدأ البنية الداخلية لليزر الألياف MOPA وليزر الألياف المعدل Q.
3. معلمات الإخراج البصرية
يمكن ضبط عرض نبضة الخرج لليزر الألياف MOPA بشكل مستقل. يتميز عرض نبضة ليزر الألياف MOPA بإمكانية ضبط عشوائية (نطاق من 2 نانوثانية إلى 500 نانوثانية).
كلما كان عرض النبضة أضيق، كلما صغرت المنطقة المتأثرة بالحرارة وزادت دقة المعالجة التي يمكن الحصول عليها.
لا يمكن تعديل عرض نبضة خرج ليزر الألياف المُعدَّل Q، وعادةً ما يكون عرض النبضة ثابتًا عند قيمة تتراوح بين 80 و140 نانوثانية. يتميز ليزر الألياف MOPA بنطاق ترددات تكرار أوسع، حيث يمكنه الوصول إلى ترددات خرج عالية تصل إلى ميغاهرتز. يعني التردد العالي للتكرار كفاءة معالجة عالية، ويحافظ ليزر MOPA على خصائص قدرة ذروة عالية حتى في ظل ظروف التردد العالي للتكرار. أما ليزر الألياف المُعدَّل Q، فهو محدود بظروف تشغيل مفتاح Q، وله نطاق تردد خرج ضيق، يصل إلى حوالي 100 كيلوهرتز فقط عند الترددات العالية.
4. سيناريوهات التطبيق
يتميز ليزر الألياف MOPA بنطاق واسع من المعايير، لذا فبالإضافة إلى تغطية تطبيقات معالجة الليزر التقليدية ذات النبضات النانوثانية، يمكنه أيضًا الاستفادة من عرض النبضة الضيق الفريد، وتردد إعادة الشحن العالي، وقدرة الذروة العالية لتحقيق بعض تطبيقات المعالجة الدقيقة الفريدة. على سبيل المثال.
تطبيقات إزالة الطبقة الرقيقة من أكسيد الألومنيوم
مع ازدياد رقة وخفة المنتجات الإلكترونية، باتت العديد من الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية والحواسيب تستخدم طبقة رقيقة من أكسيد الألومنيوم كغلاف لها. يؤدي استخدام ليزر Q-modulated في عملية وسم الأجزاء الموصلة على هذه الطبقة الرقيقة من الألومنيوم إلى تشوه المادة، مما يُسبب بروزًا في الجزء الخلفي من الغلاف، ويؤثر سلبًا على المظهر الجمالي. في المقابل، يُقلل استخدام ليزر MOPA، ذي معلمات عرض النبضة الأصغر، من تشوه المادة، ويُضفي على الخط السفلي بياضًا ناصعًا ودقةً عالية. يعود ذلك إلى أن ليزر MOPA، بفضل معلمات عرض النبضة الأصغر، يُبقي الليزر في المادة لفترة أقصر، مع توفير طاقة كافية لإزالة طبقة الأنود. لذا، يُعد ليزر MOPA الخيار الأمثل لمعالجة إزالة طبقة الأنود من سطح طبقة أكسيد الألومنيوم الرقيقة.
تطبيق التسويد بالألومنيوم المؤكسد
يُستخدم الليزر لنقش الشعارات وأرقام الطرازات والنصوص وغيرها باللون الأسود على سطح الألومنيوم المؤكسد. وقد انتشر هذا التطبيق تدريجيًا على نطاق واسع خلال العامين الماضيين من قِبل شركات تصنيع الإلكترونيات مثل آبل وهواوي وزد تي إي ولينوفو وميزو، وذلك لنقش الشعارات وأرقام الطرازات وغيرها على أغلفة المنتجات الإلكترونية. يُعد ليزر MOPA حاليًا التقنية الوحيدة القادرة على تنفيذ هذا النوع من التطبيقات. ونظرًا لنطاق تعديل عرض النبضة وترددها الواسع في ليزر MOPA، يُمكن نقش الشعارات بتأثير أسود باستخدام عرض نبضة ضيق وتردد عالٍ، كما يُمكن نقشها بتأثيرات تدرج رمادي مختلفة من خلال تركيبات مختلفة من المعلمات.
الوسم بالليزر الملون
يُعدّ الوسم بالليزر الملون نوعًا جديدًا من عمليات الوسم بالليزر. حاليًا، تقتصر هذه التقنية على الوسم بالليزر على الفولاذ المقاوم للصدأ والكروم والتيتانيوم وغيرها من المواد المعدنية ذات الأنماط الملونة. عند استخدام الألوان على الفولاذ المقاوم للصدأ، يمكن تعديل شعاع الليزر لتغيير لون الطبقة السطحية للمادة، مما يُتيح الحصول على تأثيرات زخرفية بألوان مختلفة. بالنسبة لصناعة منتجات الفولاذ المقاوم للصدأ، يُمكن إضافة لون إلى نمط الوسم، وتعديل أنماط نصية متنوعة حسب الرغبة. تتميز هذه التقنية بسهولة الاستخدام، كما أنها صديقة للبيئة وغير ملوثة. بالإضافة إلى ذلك، تُساهم سرعة الوسم في تعزيز القيمة المضافة لمنتجات الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل ملحوظ، مما يُعزز قدرتها التنافسية في السوق.
بشكل عام، يتميز ليزر الألياف MOPA بإمكانية ضبط عرض نبضة الليزر وترددها بشكل مستقل، بالإضافة إلى نطاق واسع من المعايير القابلة للتعديل، مما يجعله مثاليًا للمعالجة الدقيقة ذات التأثير الحراري المنخفض. في عمليات الوسم على الألواح الرقيقة من أكسيد الألومنيوم، والألومنيوم المؤكسد باللون الأسود، والفولاذ المقاوم للصدأ، وغيرها، يتفوق ليزر الألياف Q في تحقيق نتائج لا يمكن تحقيقها باستخدام ليزر الألياف Q. يتميز ليزر الألياف Q-modulated بقوة وسم أكبر، وله مزايا معينة في عمليات النقش العميق على المعادن، إلا أن تأثير الوسم يكون أقل دقة. في تطبيقات الوسم الشائعة، يوضح الجدول أدناه الخصائص الرئيسية لليزر الألياف النبضي MOPA مقارنةً بليزر الألياف Q-modulated. يمكن للمستخدمين اختيار الليزر المناسب وفقًا لاحتياجاتهم الفعلية من حيث مواد الوسم والنتائج المطلوبة.
| اسم التطبيق | ليزر معدل Q | ليزرات MOPA |
| إزالة الطبقة السطحية من صفائح أكسيد الألومنيوم | تتشوه الطبقة السفلية بسهولة، مما يؤدي إلى تكوين أكياس محدبة وخطوط سفلية خشنة. | عرض نبضة صغير، وبقايا حرارية قليلة، وعدم تشوه الركيزة، ونمط قاعدة أبيض دقيق ولامع |
| ألومنيوم مؤكسد أسود | لا يمكن تحقيق سوى كمية محدودة من التنظيف الجيد للغبار | من خلال مجموعة واسعة من إعدادات المعلمات، يمكنك تحديد درجات مختلفة من الرمادي والأسود في المعالجة. |
| نقش عميق على المعدن | قوي، مناسب للنحت العميق، والقطع الخشن السفلي | عمق نقش ضعيف، لكن خط تحتي دقيق، وتناقص طفيف، ويمكن تطبيق معالجة بيضاء ساطعة. |
| لون الفولاذ المقاوم للصدأ | يجب أن يكون خارج نطاق التركيز، ويكون التأثير أكثر صعوبة في التعديل. | يمكن تشغيل مجموعة متنوعة من الألوان عن طريق ضبط عرض النبضة ومزيج التردد |
| معالجة مادة ABS وغيرها من المواد البلاستيكية | تأثير اصفرار سريع، شعور ثقيل، سريع | لا يسبب أي إحساس، لا يصفر بسهولة، معالجة دقيقة |
| إزالة الطلاء عن المفاتيح البلاستيكية الشفافة | أكثر صعوبة في الإزالة | سهولة الإزالة، حواف نظيفة وواضحة، نفاذية أفضل للضوء، كفاءة عالية |
| رمز شريطي لتمييز لوحة الدوائر المطبوعة، رمز ثنائي الأبعاد | طاقة نبضة واحدة عالية، لكن راتنج الإيبوكسي حساس لطاقة الليزر | يتميز هذا الجهاز بنبضات قصيرة وتردد متوسط، مما يجعل الباركود والرمز ثنائي الأبعاد أكثر وضوحًا، ويصعب إزالته، كما أنه سهل المسح. |
5. خصائص أداء آلة الوسم بالليزر MOPA
تُصنّف آلة الوسم بالليزر MOPA ضمن فئة آلات الوسم بالليزر، حيث تستخدم ليزر أشباه الموصلات المُعدَّل كهربائيًا مباشرةً كمصدر أساسي (MOPA) في تقنية ليزر الألياف. وبالمقارنة مع ليزر الألياف المُعدَّل Q، يُمكن التحكم بشكل مستقل في تردد نبضات ليزر الألياف MOPA وعرضها، وذلك من خلال ضبط هذين المعيارين. وبفضل نظام المذبذب الماسح عالي السرعة، يُمكن الحصول على خرج طاقة ذروة عالية وثابتة، بالإضافة إلى إمكانية وسم نطاق أوسع من المواد. تتميز هذه الآلة بجودة شعاع ليزر عالية، وتكلفة تشغيل منخفضة، وعمر افتراضي يصل إلى 100,000 ساعة دون الحاجة إلى صيانة. وهي مناسبة لوسم أكسيد الألومنيوم الأسود، والفولاذ المقاوم للصدأ 304، وإزالة الطلاء، وصناعة أشباه الموصلات والإلكترونيات، ووسم المواد البلاستيكية وغيرها من المواد الحساسة، وصناعة أنابيب البلاستيك PVC، مع ضمان حماية البيئة عند وسم الأنماط وفقًا لمعايير RoHS.
بالمقارنة مع آلات الوسم بالليزر العادية، تتميز آلة الوسم بالليزر MOPA بعرض نبضة يتراوح بين 4 و200 نانوثانية لآلة M1، وبين 2 و200 نانوثانية لآلة M6. بينما يتراوح عرض نبضة آلة الوسم بالليزر العادية بين 118 و126 نانوثانية. يتضح من ذلك أن عرض نبضة آلة الوسم بالليزر MOPA قابل للتعديل ضمن نطاق أوسع، مما يفسر سبب عدم قدرة آلات الوسم بالليزر الليفي العادية على تحقيق نفس النتائج، بينما تستطيع آلة الوسم بالليزر MOPA تحقيق ذلك.
مع ذلك، يشتري العديد من العملاء آلات الوسم بالليزر بتقنية MOPA متوقعين نفس سرعة المعالجة التي توفرها آلات الوسم بالليزر الليفي التقليدية، ولكن هذا ليس صحيحًا. فالتقنيتان مختلفتان. عند نقش تأثيرات الألوان، تحتاج الآلة إلى الوسم بأقل قدر من تأثيرات الظل عند الترددات العالية، مما يسمح بنقش عالي الدقة، ولكن في الوقت نفسه تكون سرعة النقش أبطأ نسبيًا. إضافةً إلى ذلك، قد لا تتمتع آلة الوسم بالليزر بتقنية MOPA بميزة في نقش المعادن العميق، نظرًا لعدم وجود ميزة في طاقة النبضة الواحدة، ولكن تأثيرها دقيق وأفضل من آلة الوسم بالليزر التقليدية على نطاق واسع. لذلك، قبل أن يختار العملاء شراء آلة الوسم بالليزر بتقنية MOPA، عليهم فهم مزايا وعيوب هذا النوع من آلات الوسم بالليزر.
تُعد آلة الوسم بالليزر MOPA مناسبة لعملية الوسم الدقيق للمواد المعدنية وغير المعدنية، مثل نقش أجزاء المنتجات الرقمية باللون الأسود، والغطاء الخلفي للهواتف المحمولة، وأجهزة iPad، والألومنيوم الأسود، ومفاتيح الهواتف المحمولة، والمفاتيح البلاستيكية الشفافة، والمكونات الإلكترونية، والدوائر المتكاملة (IC)، والأجهزة الكهربائية، ومنتجات الاتصالات، والأدوات الصحية للحمامات، وملحقات الأدوات، وأدوات القطع، والنظارات والساعات، والمجوهرات، وقطع غيار السيارات، والأمتعة والحقائب، وأدوات الطهي، ومنتجات الفولاذ المقاوم للصدأ، وغيرها من الصناعات.
تُركز شركة مافن لأتمتة الليزر على صناعة الليزر منذ 14 عامًا، ونحن متخصصون في تعليم الليزر، ولدينا آلات تعليم ليزر الألياف، وآلات تعليم ليزر ثاني أكسيد الكربون، وآلات تعليم ليزر الأشعة فوق البنفسجية، بالإضافة إلى آلات لحام الليزر، وآلات قطع الليزر، وآلات تنظيف الليزر. إذا كنت مهتمًا بآلاتنا، يمكنك متابعتنا والتواصل معنا.
تاريخ النشر: 15 نوفمبر 2022
