从真假口罩识别看激光打标的防伪应用

2020-03-02          马到功成

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和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。