从真假口罩识别看激光打标的防伪应用

自疫情爆发以来,口罩成了现阶段的生活必需品。然而,巨大的需求缺口却使得一些不法商贩乘虚而入,大量劣质口罩流入市场,与“假口罩”、“口罩诈骗”相关的词条屡屡登上热搜。假口罩不仅没有防护效果,甚至还因生产环境卫生不达标而存在被污染的风险,对个人健康危害极大。而要识别真假口罩,最直接的方法就是查看激光防伪标记。

针对盒装3M N95/KN95系列口罩,可通过口罩包装盒上的防伪标签辨别。真口罩的标签,从不同角度看会出现颜色变化,而假口罩的标签则不会变色。对散装3M N95/KN95系列口罩而言,则可通过观察口罩上的字体辨别真伪。真的3M口罩文字都是由激光打标,字体有斜纹, 而假货是由油墨印刷,有圆点(油墨不均匀的痕迹)。

实际上,激光打标防伪技术不仅能用于口罩真伪识别,该技术在食品、医药、烟草、美妆、电子产品等领域的包装防伪、追溯上也发挥着巨大作用,可以说激光打标防伪已经融入了我们生活的方方面面。那么激光打标为什么能在包装防伪市场发挥如此巨大的作用?它与传统方法相比又有什么优势呢?

为什么是激光:激光打标防伪的特点及应用优势

激光打标的基本原理是利用高能量密度的激光光束作用于材料表面,通过聚焦使表层材料瞬间气化或发生颜色改变,并可通过控制激光在材料表面的路径,形成所需要的永久性图文标记。由于激光打标可以打出各种文字、符号和图案等,字符大小可以从毫米到微米量级,这对产品的防伪有特殊的意义,因此在防伪市场有着广泛应用。

在激光打标大规模应用之前,包装上的标记通常采用油墨印刷。这种传统方法所印刷的标记容易随着时间推移而脱落、模糊,易被篡改,且无法进行高精度作业。尽管其在设备成本上具有优势,但耗材(墨水)持续成本较高,而且会对环境造成一定污染。

以最常见的食品包装为例,由于传统方法印刷的标记易抹除、易脱落,一些不法分子便把一些过期甚至是假冒伪劣的产品印上品牌商标,或修改生产日期,使这些不合格产品流通于市。此类现象在粮油、饮料、零食、酱料等领域普遍存在。此外,对一些纸质的食品包装而言,油墨的有害物质还可能渗透包装污染食物,对消费者的健康造成威胁。

饮料瓶盖、食品包装打标
图片来自英诺激光官网
激光技术的出现,解决了传统油墨印刷带来的一系列问题。对食品包装而言,使用激光打标具有无毒害、无污染、效率高、清晰度高、图案精美、永不脱落等优点。此外,激光标记还可与计算机技术相结合,通过连接数据库系统,使我们能及时追踪、查询食品的出厂、流通等详细信息,确保吃得放心。

而医疗行业更是离不开激光打标的护航。由于医疗产品与人体直接接触,关系到人民群众的生命健康,因此医疗产品的治假防伪成为保护消费者健康安全的重中之重。

药品、金属表面打标
图片来自英诺激光官网
医疗器械和药品的标记除前文提到的一些特点外,还有一些特殊需求。例如常见的药丸、软胶囊,若采用平版印刷会对产品产生压力,而非接触式的激光打标则不会使胶囊变形,且可在微小的药丸上标记出更微小的信息。而在以不锈钢外科手术和牙科设备为代表的医疗器械上,激光能在绝对光滑面上打标,这可以防止细菌粘着在表面,且经过打标的表面不会损害耐腐蚀的化学钝化处理,能让防腐涂层即使经过数年的使用以及无数次的清洗和消毒,也一直存在。再如开篇提到的3M口罩,是否有激光标记是区分真伪的重要标志。

激光打标也有不同:食品、医疗应用上紫外激光的独特优势

众所周知,激光器的类型多种多样,其适用的材料也各不相同。例如光纤激光适用于各类金属材料,CO2激光适用于大多数高分子材料,而紫外激光器则适用于更精密、更高要求的应用场景。

实际上CO2光纤激光器早已开发出打标应用。这些激光器发射的光都处在红外波段,其标记过程的本质是通过热相互作用将材料加热至漂白、碳化或烧蚀以产生色彩对比,但这种加热会改变热影响区(HAZ)材料的化学结构,出现碳化现象或使表面不光滑。对食品包装常用的塑料而言,因其对红外光吸收率较低,红外激光产生的热量会对某些包装材料表面造成破坏,因此无法大规模用于食品包装行业。

在这样的背景下,紫外激光的优势便得以显现。大多数材料对紫外光的吸收比红外光更强,且紫外激光的光子能量更高。当紫外激光作用于PI等高分子聚合物时,可直接打断材料的化学键,使材料碎片以小颗粒或者气态的方式排出,从而达到剥离去除材料的目的。由于大多数能量用于破坏化学键,极少能量转换为热能,从而基本消除热影响区(HAZ)及周围材料的变化。对大多数白色塑料(色素为TiO2)而言,TiO2会强烈吸收紫外线并发生晶体结构的变化。这种变化使对应区域的物质看起来变暗,从而在材料内部产生光滑、清晰易辨的标记。

紫外激光与红外激光对比图
OFweek激光网制图
紫外激光器代表性企业:2年销量增长177%,市占率超20%

激光打标是激光加工最大的应用领域之一,国内外有数千家企业从事激光打标机的生产与销售,而用于打标的激光器市场需求同样十分巨大。以紫外激光器为例,2015年国产紫外激光器销量约3700台,而2018年则达到约1.5万台,其中纳秒紫外激光器占80%(约1.2万台),预计2019年销量将比2018年增长33%(数据来自2019年中国激光产业发展报告)。

随着紫外激光器市场的快速扩张,国内企业也取得了非常大的进步。据OFweek激光网了解, 2018年英诺激光纳秒紫外激光器销量达到2633台,约占当年国产销量的21.94%,居国内领先地位,而2016年销量仅为947台(2年增长177%)。2019年9月,英诺激光的FORMULA系列高功率紫外纳秒激光器技术经中科合创(北京)科技成果评价中心评定为国际先进水平,并获得了工业与信息化部科学技术成果登记证书。

FORMULA系列激光器(左),FOTIA系列激光器(右)
图片来自英诺激光官网
英诺激光官网显示,FORMULA 系列一体式高功率激光器最高平均功率可达25W,能量脉冲>500μJ,光束质量M2<1.2,重复频率30~300kHz范围内可调,并可按需求定制30W以上的产品。此外,英诺激光还有FOTIA系列的紧凑型中低功率激光器,功率可按用户需求在500mW~10W范围内调整,重复频率30kHz~300kHz范围内可调,光束质量M2<1.2,可用于3D打印、 静态动态标识、PCB/FPC切割、玻璃内雕、激光调阻等领域。

目前光纤激光器在激光加工市场中占据主导地位,但紫外激光器也正成为激光加工市场的一股重要力量。尤其是因口罩防伪而引起人们重视的防伪市场,将为紫外激光器带来新的发展动力。此外,紫外激光器及激光打标机的价格持续下降,也将降低用户的初期投入成本,有利于推动紫外激光器在国内激光加工的进一步普及。

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