激光是一种与普通光源截然不同的相干光源，由于具有高方向性、高单色性和高能量的特点，自20世纪60年代初出现以来，就备受关注。激光在印刷业主要应用在计算机直接制版系统、激光照排机、激光打印机、全息图像印刷、电子出版、激光标记印刷等方面。其中，激光标记印刷已占到激光加工业的45.3%，且应用领域仍在发展和扩大。
激光标记印刷也称激光打标、激光印标，近年来在印刷领域，如包装印刷、票据印刷、防伪标识印刷中的应用越来越多，有些已用于联机生产。

激光打标机打标基本原理

激光打标是用激光束在各种不同的物质表面打上永久的标记。打标的效应是通过表层物质的蒸发露出深层物质，或者是通过光能导致表层物质的化学物理变化而"刻"出痕迹，或者是通过光能烧掉部分物质，显出所需刻蚀的图案、文字。

目前，公认的原理是两种：

"热加工"具有较高能量密度的激光束（它是集中的能量流），照射在被加工材料表面上，材料表面吸收激光能量，在照射区域内产生热激发过程，从而使材料表面（或涂层）温度上升，产生变态、熔融、烧蚀、蒸发等现象。

"冷加工"具有很高负荷能量的（紫外）光子，能够打断材料（特别是有机材料）或周围介质内的化学键，至使材料发生非热过程破坏。这种冷加工在激光标记加工中具有特殊的意义，因为它不是热烧蚀，而是不产生"热损伤"副作用的、打断化学键的冷剥离，因而对被加工表面的里层和附近区域不产生加热或热变形等作用。例如，电子工业中使用准分子激光器在基底材料上沉积化学物质薄膜，在半导体基片上开出狭窄的槽。


激光标记印刷原理
激光标记印刷是通过激光打标机实现图文印刷的，其基本原理是，由激光发生器生成高能量的连续激光光束，当激光作用于承印材料时，处于基态的原子跃迁到较高能量状态；处于较高能量状态的原子是不稳定的，会很快回到基态，当原子返回基态时，会以光子或量子的形式释放出额外的能量，并由光能转换为热能，使表面材料瞬间熔融，甚至气化，从而形成图文标记。

1．激光发生器

下文将以氪灯激光打标系统为例，说明激光发生器的原理。氪灯通电后，以20kV的高压击穿氪灯中的氪气后，电源自动转换输出电压为100V(5A)，维持氪灯连续的弧光放电。在激光发生器中，氪灯位于椭圆形聚光腔的1个焦点上，氪灯产生的弧光经聚光腔反射后，再全部聚焦在另一个焦点--晶体钇铝石榴石 (YAG)上，YAG吸收泵浦光后，形成波长为1060nm的连续激光，连续激光在谐振腔中垂直于光轴的前镜和后镜间往返振荡，并从前镜输出。

2．激光打标机打标原理

射频驱动器(RFDriver)控制Q-开关的开关状态，连续激光在Q-开关的作用下，变成峰值功率达110kW的脉冲光波，经过光孔的脉冲光达到阈值后，由谐振腔输出到达扩束镜，光束经扩束镜放大后传输到扫描镜，由伺服电机带动X轴、Y轴方向的扫描镜片旋转进行光扫描，最后经平面聚焦场将激光的功率进一步放大后，聚焦在工作平面上进行打标。整个过程由计算机按程序控制。

3．激光打标机激光打标的特点

激光打标机因其特殊的工作原理，与传统标记方式(移印、喷码、电腐蚀等)相比，具有许多优越性；

1)非接触加工
可在任何规则或不规则表面打印标记，且打标后工件不会产生内应力；
2)材料适用面广
可在金属、塑料、陶瓷、玻璃、纸张、皮革等不同种类或不同硬度的材料上打印；
3)可与生产线上的其他设备集成，提高生产线的自动化程度；
4)标记清晰、持久、美观，并可有效防伪；
5)使用寿命长、无污染；
6)运行成本低
打标速度快且标记一次成型，能耗小，因而运行成本低。
虽然激光打标机的设备投资比传统标记设备大，但从运行成本而言，使用激光打标机要低得多。
①塑封三极管打标：打标机工作速度为10个/秒，若设备折旧以5年计算，打标费用为0.00048元/个。如果使用移印机，其综合运行成本约为0.002元/个，甚至更高。
②轴承表面打标：若轴承三等分打字，总共18个4号字，采用振镜式打标机，以氪灯灯管的使用寿命为700小时计算，则每个轴承的打标综合成本为 0.00915元。电腐蚀刻字的成本约为0.015元/个。以年产量400万套轴承计算，仅打标一项，1年最少可以降低成本约6.5万元。
7)加工效率高
计算机控制下的激光光束可以高速移动(速度达5～7米/秒)，打标过程可在数秒内完成。1个标准计算机键盘的印字可在12秒内完成。激光打标系统均配有计算机控制系统，可以与高速流水线灵活配合。
8)开发速度快
由于激光技术和计算机技术的结合，用户只要在计算机上编程即可实现激光打印输出，并可随时变换打印设计，从根本上替代了传统的模具制作过程，为缩短产品升级换代周期和柔性生产提供了便利工具。
9)加工精度高
激光能以极细的光束作用于材料表面，最细线宽可达到0.05mm。为精密加工和增加防伪功能开创了宽广的应用空间。
激光印标能满足在极小的塑料制件上印制大量数据的需要。例如，可印制要求更精确，清晰度更高的二维条码，与压印或喷射打标方式相比，有更强的市场竞争力。
10)维护成本低
激光打标是非接触式打标，不像模版印标工艺有使用寿命的限制，在批量加工中的维护成本极低。
11)具有环保性
激光打标为非接触式打标，节约能源，相对于腐蚀法，避免了化学污染；相对于机械式打标，也可减少噪声污染。

4．激光标记的应用范围
适用于钢、不含铁金属、合金和无机物打标，及陶瓷、钻石和硅质材料的微加工。目前激光打标技术的应用包括ABS键盘，HDPE、PP、PET和PVC刚性容器和容器盖，尼龙和PBT元器件，HDPE开关按钮，PVC管件等的标记印刷。


光纤激光打标机
光纤激光标刻系统的基本结构如图1所示。方框a内是光纤激光器，是激光标刻系统的核心，它采用多个小功率风冷激光二极管作为泵浦源，通过多分枝耦合进单根激光光纤，以掺稀土元素（Nd，Yb或者Er）光纤作为激光介质，以反射镜，光纤光栅作为谐振腔，可脉冲和连续运转。新型光纤激光器具有单模输出，散热特性好，效率高，结构紧凑等特点，特别适合高精度的激光标刻工业。
典型的10-100KHz高重复率工作，10W-20W平均功率输出的光纤激光器成品的体积仅有22′25′10cm,而且没有水冷系统，体积大为缩小。因为激光二极管是低电压工作，光纤激光器的电光效率高达70％，驱动电源的大小与灯泵Nd-YAG激光器相比是微不足道的。

光纤激光器应用于激光标刻的优势：

1．光束质量好，接近衍射极限。TEM00基横模输出，M2接近1，光束发散角为0.24mrad；
2．脉冲重复频率高，输出功率稳定，单脉冲能量波动小于1％，从而可实现高速激光标刻，还可精确控制光斑的大小，深度，形状；
3．高效率，插头效率高达20％，电光转换效率可达70％；
4．环境适应能力强，可在高震动，高湿度的环境下连续正常工作。
5．无水冷装置，体积小，效率高，可靠性高，长时间免维修，节约使用成本。

b是激光二级光驱动电源。c光纤激光器控制器，用于控制光纤激光器的工作状态，同时，打标机的控制微机通过它控制激光输出。d为振镜系统,是光纤激光打标系统的重要部件，激光通过振镜的运动，在需打标的部件上走出特定的轨迹。e是f-q镜，激光束通过它聚焦到工件表面。

在振镜系统工作流程中。振镜系统内部共有两块分别由高精度伺服电机驱动的反射镜。伺服电机在微机的控制下分别转动两块反射镜的角度，激光束通过这两块反射镜的反射，由f-q镜聚焦到工件的不同位置上。在微机上通过专用的打标控制软件输入需要标刻的文字及图样，设定文字及图样的大小，总的标刻面积，激光束的行走速度和需要重复的次数，振镜就能在微机的控制下运动，操控激光束在工件上标刻出设定的文字和图样。

计算机专用打标软件能够识别采集通过数码相机或扫描仪输入，因特网上下载和电脑中制作的任何复杂的平面图像图形文字以及二维码和条形码，制作多种标记，将其变换成数字信号，经编程计算转换成电流控制信号再输入驱动器，形成相应的控制信号并通过D/A卡控制高精度伺服电机运转，从而分别控制对x方向及y方向上反射振镜偏转角度，使激光束聚焦光斑按照设定的图案，文字轨迹运动，在工件表面刻蚀形成永久刻痕。刻划线宽可以达到20微米量级，且软件具有自动图象失真矫正功能，能够实现精密图像的标刻。