1 Lời nói đầu
Vào cuối những năm 1970 và đầu những năm 1980, một-công nghệ ứng dụng laser mới-công nghệ đánh dấu bằng laser-đã lặng lẽ xuất hiện trên trường quốc tế. Máy khắc laser là một ứng dụng quan trọng của nguyên lý xử lý laser; cụ thể, nó sử dụng chùm tia laze đã qua xử lý để chiếu xạ bề mặt vật liệu. Năng lượng ánh sáng ngay lập tức được chuyển đổi thành năng lượng nhiệt, khiến vật liệu bề mặt tan chảy hoặc thậm chí bốc hơi ngay lập tức, từ đó tạo ra các dấu hiệu bao gồm văn bản, hoa văn và các yếu tố khác.
2 lĩnh vực ứng dụng và ưu điểm của việc đánh dấu bằng laser
Trong lĩnh vực công nghiệp, đã có sự chuyển đổi dần dần từ xử lý điện sang kỷ nguyên xử lý quang học. Máy khắc laser rất linh hoạt, mang lại kết quả tuyệt vời và độ ổn định, do đó đã tìm thấy ứng dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực. Chúng có khả năng khắc nhiều vật liệu kim loại khác nhau-cũng như một số vật liệu phi kim loại--hoặc tạo ra các dấu hiệu vĩnh viễn, chống giả-cực kỳ khó sao chép. Được hỗ trợ bởi hệ thống đầu vào và đầu ra máy tính và sử dụng cơ chế quét điện kế, những máy này đạt được tốc độ xử lý nhanh chóng. Hệ thống dẫn hướng ánh sáng-được bao bọc hoàn toàn của chúng thể hiện khả năng thích ứng mạnh mẽ với các điều kiện môi trường đa dạng, đồng thời cấu trúc bên trong mô-đun giúp đơn giản hóa việc bảo trì và bảo dưỡng; chúng đặc biệt-phù hợp để tích hợp vào quy trình sản xuất "trực tuyến". Máy khắc laser hiện được sử dụng rộng rãi để áp dụng nhãn hiệu, số lô, ngày tháng, mã vạch và các mã nhận dạng khác cho nhiều loại sản phẩm, bao gồm các mặt hàng phần cứng, tàu kim loại, dụng cụ chính xác, linh kiện ô tô, bộ phận điện tử, dụng cụ cắt, quà tặng, đồng hồ, đồ đạc ống nước, khung kính, khóa hành lý, khóa kéo, nút, khóa giày và bàn phím máy tính. Hình 1 và Hình 2 tương ứng minh họa các mẫu được tạo thông qua việc đánh dấu bằng laser trên đĩa từ và cục tẩy. Bằng cách trải qua quá trình xử lý đánh dấu bằng laser, sản phẩm có thể được nâng cao về chất lượng và nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường.
Đánh dấu bằng laser sở hữu những ưu điểm hầu như không thể so sánh được với các phương pháp truyền thống (chẳng hạn như khắc hóa học, gia công phóng điện, khắc cơ học và in ấn). Đầu tiên, nó sử dụng công nghệ điều khiển số (NC)-hoặc điều khiển trực tiếp bằng máy tính-giúp việc thay đổi nội dung đánh dấu trở nên cực kỳ dễ dàng; khả năng này hoàn toàn phù hợp với nhu cầu-hiệu quả cao và tốc độ-nhanh của nền sản xuất hiện đại. Thứ hai, bằng cách sử dụng tia laser làm phương tiện xử lý, nó đạt được độ chính xác khắc tinh tế đồng thời thể hiện khả năng tương thích rộng rãi với nhiều vật liệu khác nhau, cho phép tạo ra các dấu hiệu có độ phức tạp cao và đặc biệt bền trên nhiều bề mặt. Cuối cùng, do quá trình này không bao gồm tiếp xúc vật lý hoặc lực cơ học tác dụng lên phôi nên nó đảm bảo rằng độ chính xác và tính nguyên vẹn ban đầu của phôi được bảo toàn hoàn toàn. Nó có thể đóng vai trò là giai đoạn cuối cùng của quy trình sản xuất, do đó loại bỏ nhu cầu thực hiện các thao tác hoàn thiện sau đánh dấu. Phương pháp xử lý của nó rất linh hoạt, có khả năng đáp ứng các yêu cầu của cả kiểu sản xuất trong phòng thí nghiệm, sản xuất hàng loạt nhỏ và sản xuất công nghiệp quy mô lớn. Hơn nữa, nó không tạo ra chất ô nhiễm và không gây ô nhiễm môi trường-một yếu tố có ý nghĩa đặc biệt trong thế giới ngày nay, nơi việc bảo vệ môi trường ngày càng được ưu tiên. Quan trọng nhất, các dấu hiệu được tạo bằng công nghệ đánh dấu bằng laze cực kỳ khó bị làm giả hoặc thay đổi, do đó mang lại khả năng chống giả mạo mạnh mẽ. Kể từ những năm 1990-được thúc đẩy bởi sự trưởng thành ngày càng tăng của công nghệ đánh dấu bằng laze, sự cải tiến liên tục của thiết bị đánh dấu bằng laze và sự hiểu biết sâu sắc hơn của thị trường về kỹ thuật mới này{20}}và phần lớn là do những lợi thế khác biệt của nó, công nghệ đánh dấu bằng laze đã được ứng dụng ngày càng rộng rãi trên phạm vi quốc tế. Đáng chú ý là khi tập đoàn nổi tiếng của Mỹ Intel tung ra thế hệ chip CPU máy tính mới-Pentium, Pentium Pro và Pentium MMX-họ đã sử dụng công nghệ đánh dấu bằng laze để ghi dấu trên bề mặt của từng con chip.
3 Phân loại máy khắc laser
Đánh dấu bằng laser đạt được như thế nào? Nói chung, việc đánh dấu bằng laze được thực hiện dưới sự điều khiển của máy tính bằng cách tạo ra chuyển động tương đối giữa phôi và chùm tia laze; điều này làm cho chùm tia laser mài mòn các ký hiệu và mẫu mong muốn trên bề mặt phôi. Về mặt lý thuyết, miễn là có thể thiết lập được chuyển động tương đối có kiểm soát giữa tia laser và phôi, thì việc đánh dấu bằng tia laser có thể được thực hiện. Do đó, lĩnh vực đánh dấu laser hiện nay có rất nhiều loại máy đánh dấu laser.
Dựa trên việc chùm tia laze đứng yên hay chuyển động, máy đánh dấu bằng laze có thể được phân loại rộng rãi thành hai loại: hệ thống chùm tia cố định và hệ thống chùm tia chuyển động. Như tên cho thấy, cái trước liên quan đến chùm tia laser cố định với phôi chuyển động, trong khi cái sau liên quan đến chùm tia laser chuyển động với phôi cố định. Máy đánh dấu chùm tia laser-cố định thường sử dụng bàn làm việc hai{6} chiều được điều khiển bằng CNC-để thao tác với phôi được đánh dấu. Ưu điểm chính của chúng là chi phí tương đối thấp; tuy nhiên, nhược điểm của chúng đều rõ ràng như nhau: tốc độ đánh dấu chậm, độ chính xác đánh dấu thấp hơn, khó đánh dấu nội dung phức tạp như ảnh và thách thức khi tích hợp chúng vào dây chuyền sản xuất trực tuyến. Máy đánh dấu chùm tia laser-chuyển động có thể được chia thành nhiều loại khác nhau dựa trên phương pháp thao tác chùm tia cụ thể; mặc dù mỗi hệ thống đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, nhưng hệ thống{10}chùm tia chuyển động thường hoạt động tốt hơn hệ thống chùm tia cố định. Trong số các hệ thống{13}chùm tia chuyển động, máy đánh dấu laser dựa trên điện kế{14}}là một ví dụ điển hình. Hiện tại, cộng đồng đánh dấu bằng laser quốc tế đã thừa nhận rộng rãi rằng, trong số rất nhiều loại máy hiện có,-hệ thống dựa trên điện kế-nhờ có nhiều ưu điểm vốn có{18}}đã nổi lên như một sản phẩm chủ đạo và được coi là hướng đi rõ ràng cho sự phát triển của công nghệ đánh dấu bằng laze trong tương lai.
Dựa trên loại nguồn sáng được sử dụng, máy đánh dấu laser cũng có thể được phân loại thành máy đánh dấu laser YAG và máy đánh dấu laser CO2; hai nguồn sáng riêng biệt này phù hợp để đánh dấu các loại vật liệu khác nhau. Do sự khác biệt về bước sóng, máy đánh dấu bằng laser khí CO2 bị hạn chế trong việc đánh dấu các vật liệu phi kim loại, trong khi máy đánh dấu bằng laser trạng thái rắn YAG-có khả năng đánh dấu cả vật liệu phi kim loại và phi kim loại. Vật tư tiêu hao chính cho máy khắc laser khí CO2 là hỗn hợp khí hoặc ống laser thay thế; Ngoài ra, thấu kính germanium là bộ phận bị hao mòn--có giá thành tương đối cao. Ngược lại, vật tư tiêu hao chính cho máy đánh dấu bằng laser trạng thái rắn YAG{11}}là đèn bơm (laser xung sử dụng đèn xenon, trong khi laser sóng liên tục{12}}sử dụng đèn krypton), không tốn kém. Trong những năm gần đây, do giá thành của laser bán dẫn giảm, một loại công nghệ laser mới đã xuất hiện: tinh thể laser được bơm bán dẫn (chẳng hạn như YAG), tạo ra chùm tia laser ở bước sóng 1064 nm. Các hệ thống này có đặc điểm là có tuổi thọ hoạt động không cần bảo trì là 10.000 giờ, kích thước nhỏ gọn và-không giống như các hệ thống truyền thống{21}}không yêu cầu cơ sở hạ tầng làm mát quy mô lớn{22}}. Daheng Laser (Trung Quốc) là công ty tiên phong tại thị trường nội địa, phát triển thành công máy đánh dấu laser YVO4 bơm bán dẫn-đầu tiên; công nghệ này đã đạt đến tiêu chuẩn quốc tế tiên tiến và từ đó trở thành một sản phẩm được tiêu chuẩn hóa và khẳng định.
4 Lựa chọn máy khắc laser
Hệ thống đánh dấu bằng laze sử dụng năng lượng laze để tạo ra các vết trên chất nền; tuy nhiên, hiệu ứng thực tế được tạo ra có thể khác nhau đáng kể, tùy thuộc vào các yếu tố như loại tia laser được sử dụng và đặc tính vốn có của vật liệu nền. Ví dụ: laser CO2 sóng-liên tục thường tạo ra các vết thông qua quá trình mài mòn bề mặt (khắc); laser khí áp suất khí quyển-áp suất khí quyển (TEA) được kích thích ngang đạt được khả năng đánh dấu thông qua quá trình cacbon hóa; laser excimer dựa vào phản ứng quang hóa; trong khi laser Nd:YAG sử dụng các phương pháp phản ứng nhiệt hóa.
Mỗi ứng dụng cụ thể đưa ra một tập hợp các yêu cầu về hiệu suất duy nhất; do đó, việc lựa chọn hệ thống laser không thể được thực hiện một cách tùy tiện. Đối với các nhà thiết kế hệ thống đánh dấu bằng laze, thách thức quan trọng nằm ở việc lựa chọn cấu hình quang học và bước sóng laze thích hợp nhất cho bất kỳ vật liệu nền nhất định nào để đảm bảo tạo ra dấu hiệu{1}}có chất lượng cao, lý tưởng. Chìa khóa để đánh dấu bằng laser thành công nằm ở việc áp dụng nghiêm ngặt phương pháp "6{5}}Sigma". Ví dụ, trong bối cảnh đánh dấu nhựa, các nhà thiết kế phải phân tích kỹ lưỡng cả thành phần hóa học của vật liệu và quy trình đúc của nó để đảm bảo phân tán đồng đều các chất phụ gia và tạo điều kiện tích hợp toàn diện các công nghệ kiểm soát chất lượng - chẳng hạn như hệ thống thị giác máy.
Cho đến nay, hệ thống laser Nd:YAG và CO2 có thể điều khiển chùm tia- vẫn là giải pháp lý tưởng nhất cho các ứng dụng đánh dấu bằng laser. Có thể xem minh họa cấu hình vật lý của máy đánh dấu laser Nd: YAG trong Hình 3. Một hệ thống điển hình sử dụng một cặp gương quét để điều khiển chùm tia laser, hướng nó qua hệ thống thấu kính vật kính để tập trung chính xác vào bề mặt mục tiêu; những chiếc gương này thực hiện các chuyển động quét của chúng theo đúng các lệnh do máy tính điều khiển đưa ra. Các tia laser khác-chẳng hạn như tia laser khí áp suất-được kích thích ngang trong khí quyển-sử dụng tính năng đánh dấu mặt nạ, trong khi các hệ thống đánh dấu ma trận điểm-bằng laser CO2 cũng có một vị trí trong ngành đánh dấu.
