Tin tức
Công nghệ khắc laser
Loại laser nào phù hợp với yêu cầu của bạn?
Công nghệ mã hóa và khắc bằng laser đã ra đời cách đây 50 năm. Hiện nay với sự phát triển vượt bậc về kỹ thuật và công nghệ đã tạo ra các thiết bị khắc laser đa dạng cho các ứng dụng khác nhau.
Sclaser giải thích chi tiết các công nghệ để tạo ra hệ thống khắc laser hiện đại. Thông qua đó, bạn sẽ có thể đưa ra lựa chọn sáng suốt khi chọn thiết bị khắc laser tốt nhất cho công ty, ứng dụng của mình.
Giới thiệu
Từ ‘laser’ đã trở thành một phần trong từ vựng hàng ngày của chúng ta đến nỗi chúng ta có xu hướng quên nó là từ viết tắt bắt nguồn từ mô tả khá dài dòng là: Khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích.
Laser thường được coi là một công nghệ mới nhưng trên thực tế đã có lịch sử tồn tại lâu đời. Lý thuyết về tia laser được đề xuất vào năm 1957 và tia laser đầu tiên được chế tạo vào năm 1960. Rất lâu trước đó, vào đầu thế kỷ này, Einstein đã đưa ra các phương trình mô tả cơ chế vật lý chính khiến tia laser hoạt động, mặc dù ông không nhận ra nó sẽ có một tiềm năng to lớn vào thời điểm đó.
Nhiều công ty và tổ chức chính phủ bắt đầu quan tâm đến tia laser và bắt đầu phát triển tia laser của riêng họ mà chưa đến bất kỳ ứng dụng cụ thể nào. Kết quả là tia laser được biết đến như là “một giải pháp giải quyết vấn đề”.
Ngày nay, tia laser được phát triển cho các nhiệm vụ cụ thể và các đặc tính của chúng được phát triển để đáp ứng các yêu cầu riêng biệt. Laser có lẽ có một trong những phạm vi ứng dụng rộng nhất so với bất kỳ loại thiết bị nào. Các ứng dụng bao gồm cắt và hàn kim loại, phẫu thuật, đọc và truyền dữ liệu, chụp ảnh ba chiều, đo chính xác các thông số vật lý, kiểm tra không phá hủy và đánh dấu sản phẩm trên dây chuyền sản xuất.
Chúng thường được sử dụng để mã hóa và truy xuất nguồn gốc trong ngành công nghiệp thực phẩm, đồ uống, dược phẩm, đánh dấu chi tiết, điện tử, hàng không vũ trụ và ô tô. Laser có tính linh hoạt và có công suất tập trung lớn để in trên nhiều loại vật liệu khó mà những phương pháp truyền thống trước đây không làm được.
Dây truyền khắc laser trên chai
Khắc bằng laser hoạt động như thế nào?
Khắc bằng laser (đánh dấu bằng laser) đạt được bằng cách loại bỏ vật liệu khỏi chất nền hoặc bằng cách thay đổi bề mặt của chất nền. Yêu cầu quan trọng nhất là vật liệu được mã hóa hấp thụ chùm tia laser như thế nào. Điều này có thể xác định loại laser được sử dụng vì các bước sóng khác nhau có thể có đặc tính hấp thụ khác nhau. Nếu chùm tia laser truyền qua hoặc phản xạ thì việc mã hóa sẽ trở nên khó khăn hơn hoặc thậm chí là không thể thực hiện được.
Để có kết quả tối ưu, chùm tia laser tập trung phải được hấp thụ ở độ dày vài micron của lớp trên cùng của bề mặt vật liệu, sao cho mật độ năng lượng laser đủ để biến đổi bề mặt bằng một trong ba quy trình sau:
Các loại laser
Phần lớn các hệ thống đánh dấu bằng laser sử dụng một trong ba loại laser:
Laser CO2 sử dụng hỗn hợp khí được kích thích bằng sự phóng điện. Những tia laser này có đầu ra hồng ngoại điển hình là bước sóng 9,3 µm, 10,2 µm hoặc 10,6 µm.
Laser sợi quang là một loại laser trạng thái rắn đặc biệt. Thay vì sử dụng khí làm môi trường phát laser, người ta sử dụng sợi quang. Chùm tia laser được tạo ra và giới hạn bên trong lõi của sợi có pha tạp các ion đất hiếm như yterrbium, thường bị kích thích bởi laser bơm bán dẫn. Dải bước sóng phát xạ từ 1,05 µm đến 1,08 µm với bước sóng đỉnh của nó là 1,06 µm.
Laser UV là loại laser rắn có bước sóng bằng một phần ba của laser có chiều dài bước sóng tiêu chuẩn 1064 nm, và do đó, laser UV còn được gọi là laser phát sóng hài bậc ba (THG). Bằng cách cho laser có chiều dài bước sóng tiêu chuẩn với bước sóng 1064 nm đi qua tinh thể phi tuyến, chiều dài bước sóng sẽ giảm xuống còn 532 nm. Sau đó tiếp tục cho laser này đi qua một tinh thể khác, hiệu quả là giảm chiều dài bước sóng xuống còn 355 nm.
A – Chiều dài bước sóng tiêu chuẩn 1064 nm; B – Chiều dài bước sóng xanh lá 532 nm; C – chiều dài bước sóng UV 355 nm
Hệ thống dẫn chùm tia laser
Có ba hệ thống dẫn chùm tia laser chính được sử dụng để tạo ra dấu vết trên bề mặt vật thể:
Mặt nạ laser
Được giới thiệu lần đầu tiên vào đầu những năm 1970. Các hệ thống này sử dụng chùm tia laser xung được mở rộng thành một biên dạng lớn. Chùm tia chiếu sáng một mặt nạ kim loại mỏng mà qua đó hình ảnh hoặc mã yêu cầu đã được khắc. Phương pháp này có thể thực hiện rất nhanh vì chỉ cần một khoảng thời gian chiếu sáng ngắn. Hạn chế là vùng đánh dấu tương đối nhỏ vì nó bị giới hạn bởi đường kính chùm tia laze kết hợp với hệ thống quang học lấy nét và mật độ năng lượng. Ngoài ra, kiểu tạo mã này rất thiếu linh hoạt vì nó sử dụng một mặt nạ cố định cần được thay thế thủ công sau mỗi lần thay đổi mã.
Ma trận điểm
Thuật ngữ ma trận điểm để đánh dấu bằng laser bao gồm các nguyên tắc phân phối chùm tia khác nhau nhằm tạo ra mô hình các điểm được đánh dấu trên vật liệu, tạo thành các ký tự hoặc đồ họa. Hệ thống dẫn hướng chùm tia là một dãy tia laser được định hướng theo hình cung thẳng đứng, gửi chùm tia của chúng qua một thấu kính hội tụ chung vào sản phẩm. Mảng này (ví dụ: tám tia laser) có thể tạo ra các đường chấm dọc, tùy thuộc vào loại tia laser nào được bật. Phương pháp này sử dụng toàn bộ nguồn laser cho mỗi dấu chấm được in trên một cột, do đó đây là một công nghệ tương đối tốn nhiều tài nguyên và chi phí. Cả hai hệ thống phân phối chùm tia mặt nạ và ma trận điểm đều có nhược điểm lớn là chúng đều có mã rất tĩnh mà chúng có thể tạo ra. Ngược lại, chùm tia laser vẽ nguệch ngoạc, viết giống như một cây bút trên bề mặt sản phẩm là một nguyên tắc dẫn chùm tia linh hoạt hơn. Vì vậy, công nghệ mô tả bên dưới đã trở nên phổ biến nhất hiện nay.
Quét chùm tia
Những hệ thống này có độ linh hoạt giống như một cây bút. Các hệ thống đầu tiên, dựa trên laser Nd:YAG xung, được giới thiệu vào năm 1969. Các hệ thống sử dụng laser CO2 sóng liên tục (CW) mãi đến đầu những năm 1980 mới được giới thiệu.
Chùm tia laser được mở rộng vết và có góc phân kỳ nhỏ được chiếu vào hệ thống gương quét galvo gồm 2 gương quét theo 2 hướng X và Y. Một thấu kính hội tụ (F-theta) được sử dụng để tập trung chùm tia laser vào một điểm nhỏ trên bề mặt sản phẩm.
Hai gương được điều khiển bằng điện kế sẽ di chuyển điểm trên bề mặt sản phẩm để vẽ dấu hoặc hình ảnh cần thiết. Chùm tia laser được bật khi cần mã hóa và tắt khi không cần. Chuyển động quay của hai gương điều khiển bằng điện kế được điều khiển bằng máy tính.
Các máy tính thường dựa trên máy tính để bàn và sẽ nhận thông tin từ nhiều gói phần mềm bao gồm bộ xử lý văn bản, hệ thống CAD, cơ sở dữ liệu, v.v.
Hệ thống khắc laser có khả năng tạo ra vết khắc chất lượng cao trên diện tích lớn, lên tới 600 x 400 mm. Do kích thước của vùng được đánh dấu lớn nên người ta sử dụng các thấu kính trường phẳng đặc biệt. Điều này nhằm ngăn chặn sự suy giảm chất lượng in có thể xảy ra khi điểm đánh dấu di chuyển dần ra xa đường tâm của thấu kính, khiến cho điểm hội tụ chùm tia lệch ra khỏi bề mặt cần đánh dấu.
Với công nghệ đang phát triển, tốc độ điện kế ngày càng tăng và giảm chi phí năng lượng tính toán, hệ thống khắc laser có thể áp dụng cho các mã có độ phức tạp cao lên sản phẩm ở tốc độ dây chuyền sản xuất cao.
Lợi ích của mã đánh dấu khi khắc bằng laser
Mã không thể xóa được: Mã được khắc vào bề mặt giúp ngăn chặn việc xóa trái phép và hỗ trợ chống làm giả sản phẩm.
Mã chất lượng cao: Hệ thống khắc laser cung cấp mã chất lượng phù hợp với nhãn hiệu sản phẩm để mã hóa kín đáo, an toàn.
Mã sạch: Không cần thêm vật liệu, chỉ cần tách các sản phẩm phụ được tạo ra trong quá trình đánh dấu bằng laser.
Bảo trì thấp: Chỉ kiểm tra trực quan hàng tháng; khoảng thời gian dịch vụ dài so với các công nghệ mã hóa khác.
Chi phí vận hành thấp: Không tốn chi phí vật tư tiêu hao.
Độ tin cậy cao: Với yêu cầu pháp lý về mã hóa trong hầu hết các ngành, độ tin cậy của thiết bị là yếu tố then chốt. Với vật tư tiêu hao tối thiểu và sử dụng hiệu quả năng lượng laser, hệ thống đánh dấu bằng laser là một trong những thiết bị mã hóa và đánh dấu đáng tin cậy nhất trên thị trường.
Không tiếp xúc: Cho phép in tốc độ cao vì không có tiếp xúc vật lý với bề mặt cần in.
Khả năng lập trình: Cho phép in thông tin đa dạng.
Mã phức tạp: Có thể tạo mã vạch và mã 2D, QR code chứa lượng lớn thông tin.
Tương lai của việc đánh dấu, khắc bằng laser
Mặc dù công nghệ laser nói chung đang phát triển rất nhanh nhưng mức độ liên quan của những tiến bộ này với các ứng dụng mã hóa và đánh dấu còn hạn chế. Nói cách khác, những thay đổi có thể mang tính chất công nghệ hơn là mang tính cách mạng. Tuy nhiên, các nhà phát triển hệ thống đánh dấu bằng laser luôn tìm kiếm những cải tiến ở dạng hệ thống:
Cung cấp khả năng khắc nhanh hơn;
Khắc mã trên chất nền đa dạng hơn;
Thiết bị nhỏ gọn hơn;
Chi phí để sản xuất ít hơn.