激光打標(biāo)正在迅速成為打標(biāo)技術(shù)的主角，幾乎在每一個可以想得到的產(chǎn)品上都可以見到激光打標(biāo)。掏掏口袋看看，手機(jī)、筆、鑰匙鏈——都是用激光打標(biāo)的——甚至你襯衣上的紐扣都是如此。但是，這些都是單色打標(biāo)，雖具有實用性，卻缺少能夠給產(chǎn)品帶來更多美感的元素——色彩。 使用激光進(jìn)行彩色打標(biāo)的理念并非新創(chuàng)。實際上，1999年1月《Industrial Laser Solutions》雜志的封面就高調(diào)地展示了一張關(guān)于某些鈮碗的圖片，這些鈮碗就是由Ann Marie Carey用激光進(jìn)行彩色打標(biāo)的，她發(fā)明了工業(yè)金屬器件和珠寶的裝飾技術(shù)（見圖1）。從那以后，越來越多的人對這種產(chǎn)品裝飾的生產(chǎn)應(yīng)用產(chǎn)生了興趣。消費品生產(chǎn)商正在尋找能使他們的產(chǎn)品與眾不同的打標(biāo)技術(shù)，色彩就是最關(guān)鍵的區(qū)分要素。 過去，金屬上的彩色涂層是通過使用陽極化處理實現(xiàn)的，嚴(yán)格控制的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧化層的構(gòu)成能產(chǎn)生一系列的色彩。氧化層作為光學(xué)涂層，扮演了干涉膜的角色，它產(chǎn)生的色彩取決于氧化層的厚度。局部激光能量的應(yīng)用能實現(xiàn)可控制的氧化增長，因此，彩色打標(biāo)和陽極化處理是基于相同的原理，因為從不同的角度來觀察色彩只會發(fā)生很小的變化。 在某些情況下，表層結(jié)構(gòu)會影響色彩。粗糙的表面以及打標(biāo)流程產(chǎn)生的殘余線條都會影響色彩的視覺效果。如果線條的間隔清晰，就會形成耀眼的衍射光柵效果。如果你從垂直的角度觀察這些線條，這種效果就會非常明顯；將樣品傾斜便能產(chǎn)生彩虹的效果。如果沿著與線條平行的方向觀察，就看不到這種色彩的變換。緊密的間隔點能產(chǎn)生相似的衍射效果，從垂直的角度能觀察到這種效果。 嚴(yán)格控制熱量的輸入對于形成這些色彩至關(guān)重要。在1.06 m和二倍、三倍和四倍頻的應(yīng)用中使用Nd:YAG激光器和Nd:YVO4激光器。在頻率、速度和能量級不同的條件下，操控激光的能力是達(dá)到這種最佳結(jié)果的關(guān)鍵。 近來，光纖激光的引入使得市場上出現(xiàn)一種新的應(yīng)用工具。
SPI Laser直接調(diào)制光纖脈沖激光器在金屬上進(jìn)行彩色打標(biāo)，表現(xiàn)出多功能的特性。我們能在連續(xù)波（CW）至500 kHz的脈沖頻率下操作這種激光；從這一點來看，它比傳統(tǒng)的調(diào)Q脈沖激光更具有靈活性，且在功能方面有了飛躍性的提高（見圖2）。除了平均能量和行駛速度、焦點和軌道重疊之外，變化范圍更大的脈沖頻率、脈沖能量和脈沖峰值功率能被結(jié)合利用，這對彩色打標(biāo)的最優(yōu)化和對其控制有著重要的作用。 適合彩色打標(biāo)的材料包括不銹鋼、鈦、鉻合金板和鈮。材料等級和表面光潔度、材料的厚度對打標(biāo)過程會產(chǎn)生影響。在粗糙不平的表面上，很難打出協(xié)調(diào)的色彩，歸因于從突起部分到凹陷部分的差距大于能夠產(chǎn)生氧化物的深度。而在精拋光的表面上，色彩則會更加一致。 由于彩色打標(biāo)受熱影響，材料的厚度對于該工序有很大的影響。厚的材料具有很強(qiáng)的熱吸附性，但是薄型材料就會受到多種熱效果的損傷。熱量的積累會導(dǎo)致產(chǎn)品的變形和色彩的漸變。對于薄型材料來說，必須對輸入的熱量和散熱進(jìn)行嚴(yán)格控制，以達(dá)到最佳效果。 在這一領(lǐng)域，最初的工作認(rèn)定鈦金屬是一種相對較容易被打標(biāo)并能產(chǎn)生鮮明色彩的材料，但是，這種材料的應(yīng)用商業(yè)機(jī)會比較有限，因為在消費品市場里對于鈦的使用只局限于珠寶和高端頂級手表的制作。不銹鋼的使用則更為廣泛，諸如手機(jī)、相機(jī)和個人高保真音像產(chǎn)品。高重復(fù)率的光纖激光器，能打標(biāo)出令人驚嘆的色彩板（見圖3）。通過突出標(biāo)志和實現(xiàn)更全面的產(chǎn)品客制化，就有可能增加禮品的價值。對于大量的建筑應(yīng)用，這項技術(shù)可運用于緣飾的制造中（見圖4）。 我們發(fā)現(xiàn)鍍鉻物品同樣能進(jìn)行彩色打標(biāo)，并且現(xiàn)在有些工具已經(jīng)被打標(biāo)了。然而在低脈沖頻率下，色彩種類有限，主要是稻草色和金黃色。將頻率提高到250kHz以上，則能形成多種的色調(diào)，并開創(chuàng)了新的商機(jī)。確實存在更為實用的彩色打標(biāo)，例如，在浴室裝修中，水管上的彩色打標(biāo)既要美觀，又要具有實用性，以便指示熱水和冷水。雖然現(xiàn)在已經(jīng)使用單色或彩色塑料嵌入實現(xiàn)區(qū)分，但激光彩色打標(biāo)的效果會更好。 關(guān)鍵的是，這種類型激光在全激光功率時具備獨特的高重復(fù)頻率性。沒有調(diào)Q意味著沒有調(diào)Q的限制。光纖激光器和直接調(diào)制泵浦二極管的獨特結(jié)構(gòu)使該激光的滿額20W平均功率能夠一直保持到500kHz；它不會和其它激光技術(shù)發(fā)生沖突，不會形成死區(qū)。在500kHz的頻率下，仍舊能夠達(dá)到40 J，這有助于彩色打標(biāo)，因為低脈沖能量和高重疊率對于實現(xiàn)基底的每一部分的多重溫度漂移是必須的。這樣就加強(qiáng)并修飾了表層氧化，以營造出激光彩色打標(biāo)的光學(xué)和表面化學(xué)的一系列效果。 列舉一個非常典型的工業(yè)打標(biāo)激光，使用163mm焦距的鏡頭和相對適度的放大3.7倍的激光束。在直徑3.1mm光束和M2為1.8的條件下很容易形成30 m大小的斑點。特別地，我們需要一種小于100 J和重疊率大于90%的低脈沖能量，使表面加熱到足夠高的溫度，從而產(chǎn)生染色效果。SPI Laser直接調(diào)制MOPA激光器能在250kHz下達(dá)到80 J。 另一種可供選擇的辦法是灰度，在不銹鋼上更有可能實施棕色色階的打標(biāo)。作為在一定條件下的彩色打標(biāo)，我們能控制表面的氧化程度，形成一系列令人印象深刻的棕色和金色陰影（見圖5）。對于所有打標(biāo)來說，表面化學(xué)成分和表面結(jié)構(gòu)被有效改變。在大多數(shù)應(yīng)用中這并不是最值得關(guān)注的一點，但是在苛刻的或復(fù)雜的環(huán)境下，打標(biāo)的抗腐蝕效果需要評估。