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(gè)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(shí)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(shí)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(duì)這種產(chǎn)品裝飾的生產(chǎn)應(yīng)用產(chǎn)生了興趣。消費(fèi)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(shí)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(shí)現(xiàn)可控制的氧化增長(zhǎng)，因此，彩色打標(biāo)和陽極化處理是基于相同的原理，因?yàn)閺牟煌慕嵌葋碛^察色彩只會(huì)發(fā)生很小的變化。 在某些情況下，表層結(jié)構(gòu)會(huì)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(huì)影響色彩的視覺效果。如果線條的間隔清晰，就會(huì)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(huì)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(diǎn)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(duì)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(jí)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(chǎng)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(diǎn)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(diǎn)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(duì)彩色打標(biāo)的最優(yōu)化和對(duì)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(jí)和表面光潔度、材料的厚度對(duì)打標(biāo)過程會(huì)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(huì)更加一致。 由于彩色打標(biāo)受熱影響，材料的厚度對(duì)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(huì)受到多種熱效果的損傷。熱量的積累會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的變形和色彩的漸變。對(duì)于薄型材料來說，必須對(duì)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(duì)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(huì)比較有限，因?yàn)樵谙M(fèi)品市場(chǎng)里對(duì)于鈦的使用只局限于珠寶和高端頂級(jí)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(gè)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(shí)現(xiàn)更全面的產(chǎn)品客制化，就有可能增加禮品的價(jià)值。對(duì)于大量的建筑應(yīng)用，這項(xiàng)技術(shù)可運(yùn)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(shí)存在更為實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)區(qū)分，但激光彩色打標(biāo)的效果會(huì)更好。 關(guān)鍵的是，這種類型激光在全激光功率時(shí)具備獨(dú)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(dú)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(huì)和其它激光技術(shù)發(fā)生沖突，不會(huì)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?yàn)榈兔}沖能量和高重疊率對(duì)于實(shí)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(yíng)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(gè)非常典型的工業(yè)打標(biāo)激光，使用163mm焦距的鏡頭和相對(duì)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(diǎn)。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(shí)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(duì)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(diǎn)，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(píng)估。