Page 78 - 《橡塑技术与装备》2023年11期

橡塑技术与装备 CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT

光进行标刻行不通，通过添加炭黑的方式可以提高非 2 短脉冲光纤激光器轮胎标刻工艺研究
金属材料对 1 064 nm 激光的吸收率 [3] ，大部分轮胎胶 本章采用免维护、光路结构更简单、更适应恶
料配方均含有大量的炭黑，又因 1 064 nm 的激光焦斑 劣的工业环境的短脉冲光纤激光器来进行激光标刻轮
足够小，理论上可标刻出更为精细的图案。所以本文 胎的工艺研究。本章实验采用的激光器是激光脉宽为
也做了此类激光器的轮胎标刻工艺测试。 100 ns 的脉冲光纤激光器，主要参数见表 1。
表 1 纳秒脉冲光纤激光器主要参数
波长 /nm 平均功率 /W 最大单脉冲能量 /mJ 脉冲宽度 /ns 光斑直径 /mm 光束质量 频率范围 /kHz
1 064 100 1 100 6.4 1.16 5~500

经激光器输出直径 6.4 mm 的平行激光束直接输
入两维振镜，再经过一个光学焦距为 160 mm 的聚焦
场镜。据式 1 可计算出其聚焦后焦斑直径为 40 um. 实
验中在轮胎胎壁分别采用表 2 所示的工艺参数标刻长
图 6 光纤激光标刻轮胎形貌 5
为 45 mm 高度 12 mm 的图案（见图 1） 。

图 7 光纤激光标刻轮胎形貌 6
图 1 标刻 CAD 图形
由上述纳秒脉冲光纤激光标刻轮胎实验得出以下
表 2 光纤激光标刻轮胎实验工艺参数 结论 ：
序号 功率 频率 /kHz 速度 -1 线间距 标刻时间 标刻深度 添加炭黑的黑色轮胎对于 1 064 nm 的激光吸收率
/mm . s /um /s /um
1 100% 40 800 30 12.9 200 提高有限，标刻深度有限，标刻时间较长，但标刻精
2 100% 40 600 30 15.8 300
3 100% 60 1 200 30 10 150 细度稍好。不同配比的轮胎用光纤激光器标刻差别较
4 100% 80 1 600 30 8.6 200 大。轮胎中除了炭黑以外的其它材料对 1 064 激光吸
5 100% 100 2 000 30 7.8 200
6 100% 100 1 600 30 8.6 250 收率非常低，尤其新胎中油脂类物质去除较差，标刻
过程中喷溅出来的油脂类物质黏附在标刻的图案旁边，
序号 1~6 参数纳秒脉冲光纤激光标刻轮胎侧壁形
影响外观。由此可以得出结论，考虑到时效，光纤激
貌（见图 2~ 图 7）
光器不是轮胎标刻应用的最佳选择，对于标刻图案深
度不超过 200 um，图案精细度有较高要求的轮胎标刻

应用可采用，但要做好标刻过程中喷溅出的油脂去除。

图 2 光纤激光标刻轮胎形貌 1
3 CO 激光器轮胎标刻工艺研究
2
CO 2 激光器输出波长 10.6 um 的激光，非金属材
料对其吸收率很高，适合非金属材料上各种图形字符
的标刻，但由于其聚焦光斑相对稍大，标刻细小的图
图 3 光纤激光标刻轮胎形貌 2
案需谨慎。本章就 CO 2 激光标刻轮胎做了深入研究，
实验采用的激光器是全密封式免维护射频 CO 2 激光器，
主要参数见表 3。
表 3 金属射频 CO 2 激光器主要参数
图 4 光纤激光标刻轮胎形貌 3
波长 功率 /W 模式 光束直 光束质量 冷却方式 频率
/um 径 /mm /kHz
10.6 75 TEM00 1.8 1.18 水冷 ＜ 25
直径 1.8 mm 的激光束经过 -6 倍扩束镜片组后，
图 5 光纤激光标刻轮胎形貌 4 光束变为直径 10.8 mm 的激光束，再进入两维振镜，

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