激光打标：去处

激光打标适用于海底、水面和超快。

成熟的激光打标领域不断开辟新天地，在汽车、石油和天然气、医疗等行业不断扩大商机。

超快激光器——那些处于皮秒和飞秒状态的激光器——正在成为一些特别精细的、联邦授权的医疗应用中的关键参与者。新的专有软件版本和定制标记系统的需求不断增加。一家相对年轻的系统供应商与全球领先的电线和线束领导者之间的新合作伙伴关系进一步证明了激光打标的强劲势头。

而且，为了顺应工业 4.0 的发展趋势，正在推出新的自动化措施，以提高激光打标产品的产量。

最终，虽然装饰性激光打标已经使用了一段时间，但通过在各种高价值零件上对复杂代码进行跟踪打标来保护品牌的需求日益增长，这使得该技术比以往任何时候都更加重要。

一起成长

对于总部位于芬兰的 Cajo Technologies 而言，2019 年将继续保持去年的势头，与电线和线束巨头 Anixter 建立新的销售和分销合作伙伴关系，并扩大与海底电缆的合作。

根据总裁 Ismo Rantala 的说法，这些行业严重依赖快速的动态打标，这仍然是 Cajo 增长最快的应用程序。 Cajo 自 2010 年开始开展业务，其美国总部位于新奥尔良，自诩为世界上最快的激光打标机——这显然引起了 Anixter 的注意。

Anixter “是世界上最大的电线分销商，”Rantala 解释说，“他们在全球储存超过 10 亿美元的电线。”通过将 Cajo 的专业知识引入内部，Anixter 为其客户增加了价值，他们可以直接从电线供应商处获得预先标记的电线或 Cajo 标记系统。

Rantala 说：“线束行业已经发现，即时打标是他们所做的任何事情的未来标记。”他指出，打标应用中 90% 的停机时间通常是由于墨水机堵塞造成的。相比之下，激光没有消耗品，可以运行
100,000 小时，他说。

与此同时，主要向 OEM 销售产品的 Cajo 正在加强其专有软件套件，将它们置于与 Trumpf 和 Rofin 相同的领域。该公司最新的设计产品是 CajoCAD 3.0。 Rantala 说，事实上，Cajo 目前的招聘重点是软件工程师，目的是根据行业最大的线材制造商要求的规格继续提高线材打标速度。

持续创新对 Cajo 来说尤为重要，因为对其用于标记石油钻井平台和大陆之间的海底电缆的系统有需求。这些塑料涂层电缆的长度可达 80 公里（49 英里），就像挪威 Aker Solutions 为能源行业生产的光纤电力和流体线路一样。多根单独的电缆可以容纳在一根较大的电缆中。

对于 Aker，Cajo 创建了一个三激光标记单元，可以在电缆周围以 120 度的增量进行标记，因此可以从任何角度看到指示项目名称和电缆长度的标记。由于光纤电缆无法扭曲和正常工作，因此顶部的一条标记线可确保它们保持正确的方向。其他标记表示电缆的特定部分与船舶、钻井平台或大陆的距离。 “那是为了排除故障；如果任何电缆出现问题，他们可以 ping 错误所在的位置并修复它。”

Rantala 断言，就其系统中的激光器而言，Cajo 依赖于可以标记“99% 的材料”的光纤单元。 “我们可以用激光在 PVC 和其他材料上标记海底电缆的铺设线和顺序标记，这在生产这些产品的公司中引起了人们的注意。”

短而尖锐

在零件尺寸小得多的情况下，医学界开始采用皮秒甚至飞秒范围内的超快或超短脉冲激光在不锈钢设备上标记永久唯一设备标识符 (UDI)。

加利福尼亚州圣克拉拉市 Coherent-Rofin 的业务发展经理 Thorsten Ferbach 指出，虽然纳秒激光器在产品打标方面取得成功已有一段时间，但它们对不锈钢的影响可能会在反复高压灭菌时导致腐蚀。因此，虽然皮秒激光器是一项重大投资，但它们在制造高价值医疗设备方面的成本远远超过了自己——在这种情况下，绝不会出现故障。

推动这项技术的是 FDA 法规，该法规于 2018 年 9 月生效，规定需要多轮灭菌的医疗设备带有不会随着时间推移而退化的标记。这些规定旨在保证世界各地的医生都可以访问这些标记中编码的数据。 Ferbach 解释说，读取这些代码的失败会在 FDA 数据库中生成记录，而针对给定产品的过多报告可能会导致 FDA 关闭生产，作为一项重大调查的一部分。

Ferbach 解释说，为了满足这一需求，Coherent-Rofin 一直在优化其 Rapid NX 皮秒激光器。与通过在材料表面产生黑色氧化物来产生深色标记的纳秒激光不同，皮秒标记改变了诸如 1.4301 不锈钢等材料的亚表面纳米结构，从而捕获和吸收光以产生高对比度标记。

“它在原理上类似于隐形战斗机的保护性皮肤，”费尔巴赫解释说。 “当你将皮肤暴露在雷达光束下时，没有反射；飞机变得看不见了。”使用不锈钢设备，用皮秒激光处理的区域会吸收光线，呈现为暗痕。而且与氧化标记不同，氧化标记的外观会根据观察的角度而变化，黑色的地下标记从各个角度看都是一样的。

他指出，就吞吐量和监控标记过程的能力而言，在此应用中纳秒和皮秒激光器之间没有区别。但在客户开始项目之前，Coherent-Rofin 将进行可行性研究。这可确保皮秒激光器在正确的工作参数下运行，并且客户了解这些内部水冷装置的预防性维护措施。

除医疗器械外，其他行业也有可能采用超短脉冲激光的精度进行打标。

Ferbach 指出，以不锈钢电器为重点的现代厨房设计是理想的选择。 “你会看到不锈钢物品要么是蚀刻的，要么是印刷的，”他解释说。目前，该行业的制造商避免使用纳秒激光器，因为上述从不同角度观察时黑标出现方式的可变性。关于超快激光的好处，“这是我们仍然需要教育市场的地方”。

他继续说，除了电器之外，消费电子 OEM 也在拥抱超高速。

在材料方面，皮秒激光也可以在钛上打标，尤其是植入物；阳极氧化铝，常用于骨科器械；以及 PEEK 和 PPSU 塑料。

扩大投资组合和市场

大约两年前，康涅狄格州布卢姆菲尔德的 Dapra Marking Systems 开始制造自己的激光系统，以利用从大型 OEM 到小型定制制造商的多种机会。从低功率设备到相对较高的 100 W 打标功率，Dapra 进一步扩展了其产品，推出了新的基于光纤的绿色激光器和皮秒线。

“我们加入并开始提供皮秒激光器，因为当您拥有正确的应用并且只有皮秒可以做到时，它非常适合，”激光销售和应用总监 Dave Noonan 说。 “将 UV 打标视为冷打标，因为其热信号非常小。使用皮秒激光，就像打了类固醇一样。”

该公司还提供一个带有安装在后墙上的可编程滑轨的外壳。这种 X 轴滑块允许用户将激光头移动到更远的距离。 Noonan 解释说，典型的滑动允许移动 30 英寸（762 毫米），从而可以标记更多零件或非常长的零件，例如步枪枪管或一系列枪管。这与更常见的大约 110-170 毫米的方形标记区域形成鲜明对比。

同时，Dapra 软件套件的新增功能允许更快地旋转分度圆柱形零件，例如手术工具。 “如果你有一个探针，并且你需要在探针上放置环以了解它进入组织的深度，那么这些环必须以非常一致的方式放置，”Noonan 解释说。 “标记环的典型‘第三轴’要求您先标记然后索引；它不允许你同时做这两件事。 （我们的新软件）确实让我们可以同时进行标记和转向，”克服了制造商长期以来的难题，而且成本低于真正的即时软件。

除了其软件选项和定制机柜外，Dapra 还开发了一种新的控制器，可以将其放入任何机柜中以获取任何激光功率。 “它本质上是非常模块化的，”Noonan 说。 4 类产品也使用相同的控制器，这已变得非常流行。

Dapra 的系统很快就被医疗、航空航天、汽车、齿轮制造和重型农业设备应用所采用。

他指出：“航空航天是一个去年相当火爆的行业，今年看起来会变得炙手可热。”他补充说，鉴于规定低应力打标的法规，该行业历来倾向于点针打标。 “我们看到航空航天业对标记更多零件和更大项目的兴趣激增。”

虽然这些项目往往来自较大的参与者，但较小的定制制造商也在脱颖而出——这促使 Dapra 推出了一条产品线来满足他们的需求。

他回忆说：“我当时只是在佛罗里达州的一个工厂里，我们向一家小型医疗制造商出售了一台激光器”，当时只有一名半员工。 “他正在制造牵引销、手术托盘、接骨螺钉等。过去，对于这样的小玩家来说，激光太贵了；不再。这是一个新世界，我们有相关的解决方案。”

Noonan 表示，随着激光价格的下降，Dapra 预计 2019 年将是更大的一年，因为越来越多的制造商能够将激光打标添加到他们的产品中。

他说，一个显着的增长领域是塑料的自动标记。一家注塑车间正在“从模具中取出两到四个零件，一次将一个零件呈现给在线激光器以标记数据矩阵。”系统会在零件被拿走之前确认标记的可读性，如果不可读，系统会启动一个序列来执行第二个标记。

而且，在过去的一年里，齿轮制造商已经转向使用 Dapra 激光打标系统代替点针来“大幅降低成本，他们对激光带来的生产价值感到非常兴奋。”

虽然点针打标成本较低，但它会带来零件固定和硬质合金打标针磨损的问题，从而导致打标清晰度下降。 “激光打标的非接触式方法确实非常优越，并且被采用是有充分理由的：您没有磨损的零件，而且您的标记具有难以置信的可重复性和可靠性。”

数据驱动的解决方案

跟踪所有标记数据与制作标记一样重要，并且在软件和标记设备之间来回传输关键信息是系统设计的关键要素。
创建和保护双向链宾夕法尼亚州蔓越莓镇 Mecco 总裁 Dave Sweet 表示，沟通对于让制造工程师和负责维持车间生产力的人员跟踪相关数据至关重要。

例如，在霍尼韦尔的激光打标航空航天部件中，“我们从系统数据库中获取可变数据。企业软件正在向我们发送这些信息，我们不仅在标记零件，还使用视觉系统来验证我们在零件上标记的信息是否与发送给我们的信息相匹配。”然后，Mecco 的系统会生成一份报告，供政府注册这些 UDI。

根据 Mecco 对霍尼韦尔项目的案例研究，20 W SMARTmark 光纤激光系统“可在任何地方使用 120 VDC 插入，占用旧 YAG 平板的一半占地面积”。此外，每次事件花费 2,500 美元的与标记相关的质量通知和退货也大幅下降。

斯威特指出，在汽车领域，与安全相关的部件和特定金额的部件都有唯一的识别标记——所有这些都被追踪到车辆识别号。这包括凸轮轴、曲轴、缸体、变速箱甚至连接器。在用条形码标记这些组件后，这些“父子关系”会被记录到一个数据库中，该数据库最终会将所有这些信息与 VIN 联系起来。

标记系统连接越来越多地扩展到与协作机器人或协作机器人一起操作。 MECCO 最近安装了一个系统，该系统使用协作机器人从托盘中拾取零件，然后将它们握住以供视觉系统进行扫描。视觉系统将信息发送到激光打标机，然后协作机器人将零件带到激光器进行打标。标记一侧后，协作机器人将零件带到相机前，以验证标记是否准确，然后再标记零件的另一侧。

“对可追溯性的需求仍在增长，”斯威特说。 “客户正在寻找基于解决方案的系统，而不仅仅是一个盒子里的激光器”，这意味着模块化、基于配置的方法以满足制造灵活性日益具体的需求的市场将继续增长。

Mecco 大约 80% 的系统通常基于四种基本外壳尺寸，可添加 6、18、24 或 36 英寸（152、457、610 或 914 毫米）的旋转刻度盘，这些旋转刻度盘可连续循环待标记的新鲜零件。每个外壳还可以选择 X-Y 表。 Mecco 其他大约 20% 的系统可以定制，包括简化的图形用户界面，让操作员可以加载和监控作业。

例如，最近的一个工具制造客户需要覆盖一个 30 × 30" (762 ×762 mm) 的零件托盘，这需要 Mecco 的超大外壳和 X-Y-Z 龙门系统。 “他们不必购买多台激光器，而是能够购买一台激光器，加载这个系统，点击 Go，然后走开。”

在另一个案例中，一家水表公司将点针和激光打标与四工位旋转工作站结合使用。黄铜外壳有一个用点针标记的序列号，激光在黑色塑料盖上复制了该序列号。

正确的系统设计显然是有回报的，例如 Mecco 的医疗客户从旧的二极管激光器升级到光纤系统，整个机器周期时间从 18 秒下降到不到 11 秒，标记质量更好使用手持式扫描仪进行目视检查。

除此之外，Sweet 看到越来越多的小商店投资于机器人来配合他们的系统，很明显，激光打标已经并将继续发展成为一种强大且不可或缺的工业操作。