1. 문제: 슬래그 비산
레이저 마킹기는 다양한 물질 표면에 레이저 빔을 조사하여 영구적인 마킹을 새기는 장비입니다. 마킹 효과는 표면 물질이 증발하면서 내부 물질을 드러내어 미세한 패턴, 상표, 텍스트 등을 새기는 것입니다. 레이저 마킹기는 주로 CO2 레이저 마킹기, 반도체 레이저 마킹기, 파이버 레이저 마킹기, YAG 레이저 마킹기 등으로 나뉘며, 높은 정밀도와 세밀한 작업이 요구되는 분야에 주로 사용됩니다. 전자 부품, 집적 회로(IC), 가전제품, 휴대폰, 하드웨어 제품, 공구 액세서리, 정밀 기기, 안경 및 시계, 보석류, 자동차 부품, 플라스틱 키, 건축 자재, PVC 파이프 등 다양한 분야에 적용됩니다.
이 글에서는 Mopa 파이버 레이저 마킹기에 대해 간략하게 알아보겠습니다.
1. 광섬유 레이저에서 Q 변조와 MOPA 기술의 차이점
현재 레이저 마킹 용도로 시판되는 펄스형 파이버 레이저는 크게 Q 변조 방식과 MOPA 방식 두 가지가 있습니다. MOPA 방식은 레이저 발진기와 증폭기가 직렬로 연결된 구조입니다. 산업계에서 MOPA 레이저는 전기 펄스로 구동되는 반도체 레이저 시드 소스와 파이버 증폭기로 구성된, 더욱 "지능적인" 나노초 펄스형 파이버 레이저를 의미합니다. 이러한 "지능형" 특성은 출력 펄스 폭을 독립적으로 조절할 수 있다는 점(최대 2ns~500ns 범위)과 반복 주파수를 최대 메가헤르츠까지 높일 수 있다는 점에서 나타납니다. Q 변조 방식 파이버 레이저의 시드 소스 구조는 파이버 발진 공진기 손실 변조기에 삽입되어 공진기 내 광 손실을 주기적으로 변조함으로써 특정 펄스 폭의 나노초 펄스 광 출력을 생성합니다. 본 논문에서는 이러한 까다로운 문제를 레이저 내부 구조, 출력 광학 파라미터, 응용 시나리오의 세 가지 측면에서 간략하게 분석하고자 합니다.
2. 레이저 내부 구조
MOPA 파이버 레이저와 Q 변조 파이버 레이저의 내부 구조는 주로 펄스 시드 광 신호 생성 방식에서 차이가 납니다. MOPA 파이버 레이저는 반도체 레이저 칩을 구동하는 전기 펄스를 통해 펄스 시드 광 신호를 생성하며, 즉 출력 광 신호가 구동 전기 신호에 의해 변조되므로 펄스 폭, 반복 주파수, 펄스 파형 및 출력 등 다양한 펄스 파라미터를 유연하게 생성할 수 있습니다. Q 변조 파이버 레이저는 공진 공동 내 광 손실을 주기적으로 증가 또는 감소시켜 펄스 광 출력을 생성하는 방식으로 펄스 시드 광 신호를 생성합니다. 이러한 방식은 구조가 간단하고 가격 경쟁력이 있습니다. 그러나 펄스 파라미터는 Q 변조 장치 및 기타 요인에 의해 다소 제한됩니다.
MOPA 파이버 레이저와 Q 변조 파이버 레이저의 내부 구조 원리는 다음과 같이 개략적으로 나타낸다.
3. 출력 광학 파라미터
MOPA 파이버 레이저의 출력 펄스 폭은 독립적으로 조절 가능합니다. MOPA 파이버 레이저의 펄스 폭은 2ns에서 500ns까지 임의로 조절할 수 있습니다.
펄스 폭이 좁을수록 열영향 영역이 작아지고 가공 정확도가 높아집니다.
Q 변조 광섬유 레이저의 출력 펄스 폭은 조절할 수 없으며, 일반적으로 80ns에서 140ns 사이의 고정된 값으로 출력됩니다. MOPA 광섬유 레이저는 더 넓은 반복 주파수 범위를 가지며, MHz급의 고주파 출력까지 구현할 수 있습니다. 높은 반복 주파수는 높은 처리 효율을 의미하며, MOPA는 높은 반복 주파수 조건에서도 높은 피크 전력을 유지할 수 있습니다. 반면, Q 변조 광섬유 레이저는 Q 스위치의 작동 조건에 제약을 받아 출력 주파수 범위가 좁으며, 고주파에서도 최대 약 100kHz까지만 도달할 수 있습니다.
4. 적용 시나리오
MOPA 파이버 레이저는 넓은 범위의 파라미터를 가지고 있어 기존의 나노초 레이저 가공 응용 분야 외에도, 특유의 좁은 펄스 폭, 높은 재주파수, 높은 피크 출력을 활용하여 정밀 가공 분야에도 적용할 수 있습니다. 예를 들어,
산화알루미늄 박막 표면 박리 응용 분야
최근에는 휴대폰, 태블릿, 컴퓨터 등 얇고 가벼운 전자제품들이 제품 외피로 얇은 산화알루미늄을 사용하는 경우가 많습니다. 이러한 얇은 알루미늄 판에 전도성 비트를 마킹할 때 Q 변조 레이저를 사용하면 재료 변형이 발생하기 쉽고, 제품 뒷면이 볼록해져 외관에 부정적인 영향을 미칩니다. 반면, MOPA 레이저는 펄스 폭이 작아 재료 변형을 최소화하고, 더욱 선명하고 밝은 흰색의 마킹을 구현할 수 있습니다. 이는 MOPA 레이저의 짧은 펄스 폭 덕분에 레이저 빔이 재료에 머무는 시간이 짧으면서도 양극층을 제거하기에 충분한 에너지를 전달하기 때문입니다. 따라서 얇은 산화알루미늄 표면의 양극층 제거 가공에는 MOPA 레이저가 더 적합한 선택입니다.
양극 산화 알루미늄 흑색화 처리
레이저를 이용하여 양극 산화 처리된 알루미늄 소재 표면에 검정색 로고, 모델 번호, 텍스트 등을 마킹하는 기술은 지난 2년간 애플, 화웨이, ZTE, 레노버, 메이주 등 여러 전자제품 제조업체에서 제품 외관에 로고, 모델 번호 등을 검정색으로 표시하는 데 널리 사용되고 있습니다. 이러한 용도에는 현재 MOPA 레이저만이 적용 가능합니다. MOPA 레이저는 펄스 폭과 펄스 주파수 조절 범위가 넓어, 좁은 펄스 폭과 높은 주파수를 사용하면 소재 표면에 검정색 효과를 낼 수 있고, 다양한 매개변수 조합을 통해 여러 가지 회색조 효과도 구현할 수 있습니다.
컬러 레이저 마킹
컬러 레이저 마킹은 새로운 유형의 레이저 마킹 공정입니다. 현재 이 기술은 스테인리스강, 크롬, 티타늄 및 기타 금속 소재에 컬러 패턴을 적용하는 MOPA 레이저 마킹에만 국한되어 있습니다. 스테인리스강 소재에 컬러 마킹을 할 경우, 레이저 빔을 조절하여 소재 표면층의 색상을 변화시킴으로써 다양한 색상의 장식 효과를 얻을 수 있습니다. 스테인리스강 제품 산업에서 컬러 마킹 패턴을 추가하고, 원하는 다양한 텍스트 패턴을 편집할 수 있어 편리하고 간편하게 사용할 수 있습니다. 또한 환경 친화적이고 무공해이며, 마킹 속도가 빨라 스테인리스강 제품의 부가가치를 크게 높이고 시장 경쟁력을 강화할 수 있습니다.
일반적으로 MOPA 펄스형 파이버 레이저는 펄스 폭과 주파수를 독립적으로 조절할 수 있고, 조절 가능한 파라미터 범위가 넓어 정밀한 가공과 낮은 열 발생이 가능합니다. 산화알루미늄 박막 마킹, 양극 산화 알루미늄 흑색 마킹, 스테인리스 스틸 컬러 마킹 등에서 탁월한 성능을 발휘하며, Q 변조 파이버 레이저로는 구현할 수 없는 효과를 얻을 수 있습니다. Q 변조 파이버 레이저는 마킹 강도가 강하고 금속의 심층 조각 가공에 유리하지만, 마킹 결과물은 다소 거칠습니다. 일반적인 마킹 용도에서 MOPA 펄스형 파이버 레이저와 Q 변조 파이버 레이저의 주요 특징은 아래 표와 같습니다. 사용자는 마킹 재료와 원하는 결과에 따라 적합한 레이저를 선택할 수 있습니다.
| 애플리케이션 이름 | Q 변조 레이저 | MOPA 레이저 |
| 산화알루미늄 시트 표면 박리 | 기판은 쉽게 변형되어 볼록한 주머니 모양과 거친 바닥면을 형성합니다. | 펄스 폭이 작고, 열 잔류물이 적으며, 기판 변형이 없고, 미세하고 밝은 흰색 바탕 패턴을 얻을 수 있습니다. |
| 양극 산화 처리된 알루미늄의 흑색화 | 고품질 먼지 제거는 제한된 양만 가능합니다. | 다양한 파라미터 설정을 통해 다양한 회색조와 검정색 음영을 표현할 수 있습니다. |
| 금속에 깊게 조각하기 | 강력하며, 깊은 조각이나 거친 언더컷 작업에 적합합니다. | 조각 깊이는 얕지만, 선이 굵고 테이퍼가 작으며, 밝은 흰색 처리가 가능합니다. |
| 스테인리스 스틸 색상 | 초점을 흐리게 해야 하는데, 그러면 효과를 조절하기가 더 어려워집니다. | 펄스 폭과 주파수 조합을 조절하여 다양한 색상을 표현할 수 있습니다. |
| ABS 및 기타 플라스틱 가공 | 쉽게 황변 현상이 나타나고, 무거운 느낌이 들며, 빠르게 진행됩니다. | 무감각, 쉽게 황변하지 않음, 정밀 가공 |
| 반투명 플라스틱 열쇠의 페인트 제거 | 제거하기가 더 어렵습니다 | 쉽게 제거할 수 있고, 깔끔한 가장자리 윤곽, 뛰어난 광투과율, 높은 효율 |
| PCB 기판에 바코드, 2D 코드를 마킹하는 방법 | 높은 단일 펄스 에너지를 가지고 있지만, 에폭시 수지는 레이저 에너지에 민감합니다. | 작은 펄스 폭과 중간 주파수를 채택하여 바코드 및 2D 코드가 더욱 선명하고, 쉽게 지워지지 않으며 스캔이 용이합니다. |
5. MOPA 레이저 마킹기의 성능 특징
MOPA 레이저 마킹기는 레이저 마킹기 종류 중 하나로, 직접 전기 변조 반도체 레이저를 시드 소스(MOPA)로 사용하는 파이버 레이저 방식입니다. Q 변조 파이버 레이저와 비교하여 MOPA 파이버 레이저는 펄스 주파수와 펄스 폭을 독립적으로 제어할 수 있으며, 두 가지 레이저 파라미터를 조정하여 고속 스캐닝 발진기 시스템으로 일정한 고출력 피크 출력을 유지하고 더 넓은 범위의 기판에 마킹할 수 있습니다. 고품질 레이저 빔, 저렴한 유지비, 10만 시간의 무보수성을 제공하며, 산화알루미늄 흑색화, 304 스테인리스강 색상 마킹, 박리 양극, 박리 코팅, 반도체 및 전자 산업, 플라스틱 및 기타 민감성 재료 마킹, PVC 플라스틱 파이프 산업에 적합하며, ROHS 기준을 준수하는 친환경적인 패턴 및 글꼴 마킹이 가능합니다.
일반 레이저 마킹기와 비교했을 때, MOPA 레이저 마킹기의 M1 펄스 폭은 4~200ns, M6 펄스 폭은 2~200ns입니다. 일반 레이저 마킹기의 펄스 폭은 118~126ns이므로, MOPA 레이저 마킹기는 더 넓은 범위에서 펄스 폭을 조절할 수 있습니다. 따라서 일반 파이버 레이저 마킹기로는 원하는 효과를 낼 수 없는 제품이 MOPA 레이저 마킹기로는 가능한 이유를 알 수 있습니다.
하지만 많은 고객들이 MOPA 레이저 마킹기를 구매할 때 일반 파이버 레이저 마킹기와 동일한 처리 속도를 기대하지만, 이는 명백히 사실이 아닙니다. 두 기술은 서로 다릅니다. 컬러 각인 효과를 구현할 때, MOPA 레이저 마킹기는 높은 주파수에서 그림자 효과를 최소화하면서 마킹해야 하므로 고해상도 각인이 가능하지만, 동시에 각인 속도는 상대적으로 훨씬 느립니다. 또한, 금속 깊이 각인 작업에서는 MOPA 레이저 마킹기가 단일 펄스 에너지 측면에서 유리하지 않을 수 있습니다. 하지만 섬세한 각인 효과는 일반 레이저 마킹기보다 대규모 작업에서 더 우수합니다. 따라서 고객들은 MOPA 레이저 마킹기를 구매하기 전에 이 장비의 장단점을 충분히 이해해야 합니다.
MOPA 레이저 마킹기는 디지털 제품 부품의 레이저 각인, 휴대폰 후면 커버, 아이패드, 알루미늄 블랙, 휴대폰 키, 플라스틱 반투명 키, 전자 부품, 집적 회로(IC), 가전 제품, 통신 제품, 욕실 위생 용품, 공구 액세서리, 절삭 공구, 안경 및 시계, 보석류, 자동차 부품, 가방, 조리 기구, 스테인리스 스틸 제품 등 금속 및 비금속 재료의 정밀 마킹 공정에 적합합니다.
메이븐 레이저 자동화 회사는 14년간 레이저 산업에 주력해 왔으며, 레이저 마킹 전문 기업입니다. 당사는 파이버 레이저 마킹기, CO2 레이저 마킹기, UV 레이저 마킹기를 비롯하여 레이저 용접기, 레이저 절단기, 레이저 세척기 등 다양한 제품을 보유하고 있습니다. 당사 제품에 관심이 있으시면 팔로우하시고 언제든지 문의해 주세요.
게시 시간: 2022년 11월 15일
