Cùng tìm hiểu về công nghệ Laser trong Coding & Marking

Posted 08/09/2017

Công nghệ Laser là gì ?

Laser là viết tắt của Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Có nghĩa là “khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích”. Videojet đã ứng dụng công nghệ laser vào trong sản phẩm của mình. Thường được biết đến với tên gọi máy khắc laser.

Nguyên lý cấu tạo chung của một máy khắc Laser gồm có:

Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser.
Nguồn nuôi và hệ thống dẫn quang.

Trong đó buồng cộng hưởng với hoạt chất laser là bộ phận chủ yếu.

Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser. Đây là một chất đặc biệt có khả năng khuyếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức. Để tạo ra tia laser. Thông qua buồng cộng hưởng với 2 mặt chắn 2 đầu cho phép phản xạ toàn phần giúp các photon bay tới và va chạm liên tục vào hoạt chất laser, tạo ra mật độ photon ( cũng chính là chùm tia laser) được khuếch đại nhiều lần.

Nhiều bạn thường nghe laser rắn, laser lỏng và thắc mắc liệu laser đó ở dạng rắn hay như thế nào?

Thực ra do tính chất của tia laser phụ thuộc nhiều, chủ yếu vào hoạt chất , nên người ta căn cứ vào hoạt chất để phân loại laser chứ không phải dạng thù của nó để phân loại.

Có 3 dạng hoạt chất, tương đương với 3 loại laser.

Laser chất rắn

Có khoảng 200 chất rắn có khả năng dùng làm môi trường hoạt chất laser. Một số loại laser chất rắn thông dụng

Yag-Neodym: hoạt chất là Yttrium Aluminium Garnet (YAG) cộng thêm 2-5% Neodym, có bước sóng 1060nm thuộc phổ hồng ngoại gần. Có thể phát liên tục tới 100W hoặc phát xung với tần số 1000-10000Hz.
Hồng ngọc (Rubi): hoạt chất là tinh thể Alluminium có gắn những ion chrom, có bước sóng 694,3nm thuộc vùng đỏ của ánh sáng trắng.
Bán dẫn: loại thông dụng nhất là diot Gallium Arsen có bước sóng 890nm thuộc phổ hồng ngoại gần.

Laser chất khí

He-Ne: hoạt chất là khí Heli và Neon, có bước sóng 632,8nm thuộc phổ ánh sáng đỏ trong vùng nhìn thấy, công suất nhỏ từ một đến vài chục mW. Trong y học được sử dụng làm laser nội mạch, kích thích mạch máu.
Argon: hoạt chất là khí argon, bước sóng 488 và 514,5nm.
CO2: bước sóng 10.600nm thuộc phổ hồng ngoại xa, công suất phát xạ có thể tới megawatt (MW). Trong y học ứng dụng làm dao mổ.

Laser chất lỏng

Môi trường hoạt chất là chất lỏng, thông dụng nhất là laser màu.

Laser được cho là một trong những phát minh ảnh hưởng nhất trong thế kỉ 20.

Vào thời điểm được phát minh năm 1960, laser được gọi là “giải pháp để tìm kiếm các ứng dụng”. Từ đó, chúng trở nên phổ biến, tìm thấy hàng ngàn tiện ích trong các ứng dụng khác nhau.

Các thiết bị sử dụng laser đều là những thiết bị quan trọng. Từ máy đo cự ly hàng không (đo chính xác cự ly từ máy bay đến mục tiêu trên mặt đất, nâng cao độ trúng đích khi ném bom). Máy đo cự ly xe tăng. Máy đo cự ly xách tay tới rada laser có độ chính xác cao, có thể hướng dẫn hai tàu vũ trụ ghép nối chính xác trên không gian. Máy bay chiến đấu (bay ở tầm siêu thấp, nếu trang bị rada laser có thể né chính xác tất cả chướng ngại vật, kể cả đường dây điện) …

Những hiểu lầm về công nghệ Laser

Tất nhiên, các thông tin trong phim, đặc biệt là khoa học viễn tưởng, đưa lại nhiều thông tin sai lệch về laser . Ví dụ các hiệu ứng đặc biệt thường miêu tả các vũ khí laser truyền đi vài mét trong một giây. Trái với thực tế là tia laser di chuyển với vận tốc ánh sáng, nhanh đến mức không thể thấy sự di chuyển của tia laser.

Tia laser không bao giờ nhìn thấy trong chân không, do chân không không có tán xạ ánh sáng. Trong không khí, tia laser có thể va chạm với bụi hay vật cản trên đường và bị tán xạ, tạo ra các tia lóe sáng. Tương tự như ánh nắng mặt trời tỏa sáng trong môi trường bụi. Kĩ xảo này ứng dụng cho tia laser có thể nhìn thấy, như trong mục đích chụp ảnh, bằng cách tăng số lượng các hạt trong không khí, như là dùng bình xịt thơm.

Một vài cảnh phim thì miêu tả hệ thống an toàn sử dụng laser đỏ. Thực tế người ta dùng tia hồng ngoại nhiều hơn bởi tia laser gây ra tính sát thương cao, có thể gây tử vong.

Trong giới hạn bài viết, chúng tôi chỉ xin phép đi sâu hơn vào những ứng dụng của laser với ngành công nghiệp in ấn.

Các loại laser trong Coding & Marking

Trong linh vực in date code trong sản xuất công nghiệp chúng ta thường hay gặp 2 loại laser là Laser Nd YAG & Fiber (laser rắn) và Laser CO2, UV (khí).

Laser Nd YAG, fiber

Là Laser rắn thường dùng cho việc in khắc lên bề mặt kim loại , hợp kim và các loại nhựa cứng, ceramic.

Tính chất của laser Nd: YAG, fiber là cường độ mạnh, làm cháy bề mặt vật liệu và tạo ra vết khắc nhanh chóng, trên các bề mặt cứng mà các loại máy móc hoặc laser khác gặp khó khăn. Ngoài ra, các máy sử dụng tia này có thể thực hiện khắc trên mọi loai vật liệu khác.

Sản phẩm tiêu biểu trong dòng này là máy laser lightfoot 7440, máy laser fiber 7220/7320

Laser CO2

Là Laser khí được dùng để đánh dấu, khắc trên phi kim loại (Giấy, nhựa, các tông, thuỷ tinh, da, ..các vật liệu hữu cơ khác).

Một số dòng máy khắc laser CO2 mà Ấn Hồng phân phối: máy khắc laser 3210, máy khắc laser 3640 .

Laser UV

Đây là những loại máy laser sử dụng tia tử ngoại (các tia có bước song ngắn) , giúp thiết bị đánh dấu được lên bề mặt cứng như kim loại, đá …

Phương pháp khắc Laser

Tuỳ từng loại vật liệu, người ta lựa chọn loại laser và điều chỉnh thông số của hệ thống laser marking để tạo được vết khắc (hoặc nhãn) tốt nhất. Các bề mặt có thể được tạo mác bằng việc tôi hoặc khắc, sự thay đổi màu sắc hoặc các bon hoá, tuỳ thuộc vào vật liệu, yêu cầu của khách hàng.

Ví dụ

Chùm tia laser (laser beam) tác động làm bay lớp phủ (Coating material) trên bề mặt theo những đường nét nhất định để tạo ra hình khắc.

Chùm tia laser di chuyển tác động trực tiếp lên bề mặt, bào mòn vật liệu tại các vị trí nhất định, tạo nên vết khắc theo mong muốn.

Đốt cháy làm thay đổi màu một phần nhựa, tạo ra vết khắc màu trên bề mặt.

Tạo dạng bọt nổi trên bề mặt vật liệu.

Tất cả hình thức trên, tuy có vẻ khác nhau nhưng đều tuân thủ nguyên tắc chung

Tia laser tập trung tạo ra nhiệt và làm mòn vật liệu tại các điểm định sẵn với kích thước điểm tác động đo bằng vài đơn vị nm ( nano mét) , cho phép khắc chính xác date, hình ảnh , mã, hay các thông số mong muốn chính xác cao, hình ảnh sắc nét.

Lựa chọn công nghệ và máy khắc Laser

Để có một lựa chọn đúng đắn , phù hợp bạn cần cân nhắc các tiêu chí sau:

Nhà cung cấp

Kinh nghiệm nhà cung cấp máy laser trong lĩnh vực này: họ đã làm trong lĩnh vực này bao lâu, hợp tác với những doanh nghiệp có sản phẩm tương tự bạn hay không?

Xuất xứ và thiết bị có nguồn gốc ở đâu? Có phải là các nước tiên tiến đi đầu trong lịch vực công nghệ laser hay không? Có sự hiện diện toàn cầu không.

Chất lượng dịch vụ sẽ được tiết lộ một phần bởi phong thái làm việc chuyên nghiệp và cẩn thận của nhà cung cấp.

Số lượng kĩ thuật viên? Độ sẵn sàng của các kĩ thuật viên khi bạn vấp phải sự cố kĩ thuật?

Thiết bị

Loại máy khắc laser sử dụng (rắn, khí..): tuỳ vào loại vật liệu mà lựa chọn Nd (YAG hay CO2)

Kiểu công nghệ làm mát (không khí, nước, ..) : tốt nhất là loại công nghệ làm mát bằng khí.

Khả năng tương thích với hệ thống của bạn, có thể tối đa hoá năng suất hay làm giảm chỉ tiêu chung của dây chuyền?. Lựa chọn thiết bị dễ tích hợp, có cổng vào ra (I/O), các kết nối thông dụng, ..sẽ mang lại hiệu suất cao hơn ?

Sử dụng có dễ dàng , đơn giản hay không? Bạn có cần tuyển nhân sự kĩ thuật cao để sử dụng hay không? Có dễ dàng kiểm soát hoạt động của sản phẩm hay không?

Hy vọng những thông tin này giúp bạn đọc có cái nhìn cơ bản về ứng dụng của laser trong ngành in ấn công nghiệp, và có thể lựa chọn được cho mình một thiết bị phù hợp với dây chuyền, phù hợp các tiêu chí về kinh tế khác của doanh nghiệp.

Công nghệ Laser, Tìm hiểu Laser