Miedź i jej stopy, czyli mosiądz i brąz, należą do materiałów trudniejszych do znakowania laserowego. Podobnie jak aluminium, silnie odbijają światło podczerwone i dodatkowo charakteryzują się wyjątkowo wysokim przewodnictwem cieplnym. Czysta miedź odbija ponad 95% padającej wiązki o długości fali ~1 µm. Oznacza to, że znaczna część energii lasera nie jest wykorzystana do nagrzewania powierzchni, dlatego laser musi mieć odpowiednią moc i właściwe parametry, aby przekroczyć próg absorpcji.
Mimo to nowoczesne lasery fibrowe potrafią skutecznie znakować także miedź. Wykorzystują bardzo małe ognisko i impulsy o wysokiej mocy szczytowej, które dostarczają odpowiednie zagęszczenie energii w małym punkcie. Efektem może być delikatne grawerowanie (płytkie rycie) lub ciemne oznaczenie. Przy intensywnym impulsowym nagrzewaniu miedzi dochodzi do jej utleniania, a powierzchnia może przybrać brunatny lub czarny kolor, co zapewnia kontrastowy efekt.
W przypadku mosiądzu sytuacja jest nieco lepsza, ponieważ stop ten reaguje na nagrzewanie inaczej, zawarty w nim cynk może tworzyć tlenki i pozostawiać ciemniejszy ślad. Niemniej jednak zarówno mosiądz, jak i brąz silnie odbijają promieniowanie IR. Znakowanie laserowe tych metali jest zatem najczęściej realizowane za pomocą lasera fibrowego, często przy użyciu wielu przejść w celu uzyskania odpowiedniej widoczności oznaczenia.
Odpowiedni typ lasera
Impulsowy laser fibrowy jest praktycznie jedynym sensownym wyborem. Do znakowania miedzi najlepiej sprawdza się laser fibrowy z możliwością generowania krótkich impulsów i wysoką energią w impulsie (np. laser QCW lub MOPA), który przebija się przez wierzchnią refleksyjną warstwę i nagrzewa powierzchnię. Producenci laserów (np. Es Technology) opracowali specjalne tryby pracy właśnie do znakowania miedzi, wykorzystujące zmienną długość impulsu i wysoką moc szczytową, aby zapewnić wystarczające pochłanianie energii przez materiał.
Laser CO₂ nie nadaje się do bezpośredniego znakowania miedzi ani mosiądzu. Podobnie jak w przypadku stali, większość energii nie zostałaby zaabsorbowana. Co więcej, silnie lśniąca powierzchnia miedzi może odbić wiązkę lasera CO₂ z powrotem do układu optycznego i uszkodzić tubę laserową. Teoretycznie można by zastosować pastę termochemiczną (np. spryskać miedzianą płytkę specjalnym sprayem i wypalić go laserem CO₂), ale jest to metoda rzadko stosowana, raczej laboratoryjna.
W praktyce przemysłowej do komponentów miedzianych (np. elementów elektrotechnicznych, szyn zbiorczych z miedzi, zaworów z mosiądzu itp.) stosuje się laser fibrowy, ewentualnie laser pikosekundowy lub zielony w przypadku powierzchni słabo absorbujących, jeśli wymagany jest najwyższy poziom jakości.
Zalecane parametry
Aby skutecznie znakować miedź laserem fibrowym, obowiązuje zasada podobna jak przy znakowaniu aluminium: maksymalna koncentracja energii. Zaleca się zastosowanie soczewki o mniejszym polu roboczym (np. F-theta 100 mm lub 160 mm), która ogniskuje wiązkę na mniejszym punkcie, zwiększając gęstość energii, oraz jak najwyższej mocy impulsowej. Zamiast standardowych ustawień (20–30 kHz, 100 ns) wybiera się raczej krótkie impulsy o wysokiej częstotliwości, co paradoksalnie pozwala na skuteczne nagromadzenie ciepła.
Na przykład, dla uzyskania ciemnego oznaczenia na miedzi parametry mogą wyglądać następująco: 100% mocy lasera 30W, częstotliwość około 80 kHz, prędkość około 100 mm/s, 2–3 przejścia. Efektem będzie ciemnobrązowy lub czarny tekst. Istnieją również specjalne tryby pracy typu Burst.
W praktyce przy standardowych laserach impulsowych testuje się różne kombinacje parametrów; często pomaga lekkie rozogniskowanie lasera (powiększenie punktu ogniskowania, co wydłuża czas nagrzewania), co wspiera równomierną oksydację zamiast głębokiego wypalenia.
Mosiądz reaguje podobnie i można go grawerować wieloma przejściami. W przypadku mosiądzu czasami wybiera się niższą częstotliwość (~20 kHz) i wolniejsze skanowanie, aby materiał rzeczywiście się usuwał (z mosiądzu odparowuje cynk, co może pozostawić lekko przyciemnioną, miedzianą powierzchnię). Ogólnie zaleca się wykonanie matryc testowych, ponieważ różne stopy mogą reagować odmiennie.
Zalety i wady znakowania miedzi laserem
Lasery fibrowe umożliwiają precyzyjne znakowanie nawet drobnych elementów miedzianych i mosiężnych, takich jak złącza, komponenty elektroniczne, biżuteria itp. Oznaczenia są trwałe i odporne. Laser może również znakować komponenty miedziane z powłokami powierzchniowymi (np. cynowane, niklowane), poprzez usunięcie powłoki lub przez nią.
Wadą jest niższa efektywność procesu: znakowanie miedzi trwa dłużej i może wymagać użycia lasera o wyższej mocy z powodu strat wynikających z odbicia. Istnieje również większe ryzyko uszkodzenia źródła poprzez odbicie wiązki, dlatego stosuje się izolatory optyczne i zaleca się znakowanie czystej powierzchni (utleniona lub przybrudzona miedź paradoksalnie lepiej absorbuje energię niż powierzchnia lustrzana). Laser CO₂ w tej grupie metali kolorowych nie znajduje zastosowania bez użycia specjalnej chemii.