1. Vấn đề: Xỉ bắn tung tóe
Máy khắc laser là thiết bị sử dụng chùm tia laser để tạo ra dấu khắc vĩnh viễn trên bề mặt của nhiều loại vật liệu khác nhau. Hiệu quả của việc khắc là làm lộ ra các lớp vật liệu sâu bên trong thông qua quá trình bay hơi của vật liệu bề mặt, từ đó khắc được các hoa văn, nhãn hiệu và chữ viết tinh xảo. Máy khắc laser chủ yếu được chia thành các loại: máy khắc laser CO2, máy khắc laser bán dẫn, máy khắc laser sợi quang và máy khắc laser YAG. Máy khắc laser chủ yếu được sử dụng trong các trường hợp yêu cầu độ chính xác cao và độ tinh xảo lớn. Nó được sử dụng trong các linh kiện điện tử, mạch tích hợp (IC), thiết bị điện, thiết bị liên lạc điện thoại di động, sản phẩm phần cứng, phụ kiện dụng cụ, dụng cụ đo chính xác, kính mắt và đồng hồ, đồ trang sức, phụ tùng ô tô, chìa khóa nhựa, vật liệu xây dựng, ống PVC.
Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu nhanh về máy khắc laser sợi quang MOPA.
1. Sự khác biệt giữa công nghệ điều chế Q và công nghệ MOPA trong laser sợi quang
Hai loại laser sợi quang xung chính hiện có trên thị trường用于 ứng dụng khắc laser là công nghệ điều chế Q và công nghệ MOPA, là cấu trúc laser bao gồm một bộ dao động laser ghép nối với một bộ khuếch đại. Trong công nghiệp, laser MOPA đề cập đến một loại laser sợi quang xung nano giây độc đáo, "thông minh" hơn, bao gồm một nguồn laser bán dẫn được điều khiển bởi một xung điện và một bộ khuếch đại sợi quang. Tính "thông minh" của nó chủ yếu thể hiện ở việc độ rộng xung đầu ra có thể điều chỉnh độc lập (phạm vi có thể lên đến 2ns-500ns), và tần số lặp lại có thể lên đến megahertz. Cấu trúc nguồn laser sợi quang điều chế Q được đưa vào bộ điều biến tổn hao khoang dao động sợi quang, bằng cách điều biến định kỳ tổn hao quang học trong khoang cộng hưởng để tạo ra độ rộng xung nhất định của ánh sáng xung nano giây đầu ra. Đối với vấn đề thường gây khó khăn này, chúng ta sẽ phân tích ngắn gọn từ ba khía cạnh: cấu trúc bên trong laser, thông số quang học đầu ra và các kịch bản ứng dụng.
2. Cấu trúc bên trong của laser
Cấu trúc bên trong của laser sợi quang MOPA và laser sợi quang điều chế Q khác nhau chủ yếu ở cách tạo tín hiệu ánh sáng xung mồi. Tín hiệu này được tạo ra bằng cách điều khiển xung điện vào chip laser bán dẫn, tức là tín hiệu ánh sáng đầu ra được điều chế bởi tín hiệu điện điều khiển, do đó có tính linh hoạt cao trong việc tạo ra các thông số xung khác nhau (độ rộng xung, tần số lặp lại, dạng sóng xung và công suất, v.v.). Tín hiệu quang xung mồi của laser sợi quang điều chế Q được tạo ra bằng cách tăng hoặc giảm tổn hao quang học trong khoang cộng hưởng một cách định kỳ để tạo ra tín hiệu quang xung đầu ra. Cấu trúc này đơn giản hơn và giá thành cao hơn. Tuy nhiên, các thông số xung bị hạn chế phần nào bởi các thiết bị điều chế Q và các yếu tố ảnh hưởng khác.
Nguyên lý cấu trúc bên trong của laser sợi quang MOPA và laser sợi quang điều biến Q được thể hiện sơ đồ như sau.
3. Thông số quang học đầu ra
Độ rộng xung đầu ra của laser sợi quang MOPA có thể điều chỉnh độc lập. Độ rộng xung của laser sợi quang MOPA có thể điều chỉnh tùy ý (trong khoảng từ 2 ns đến 500 ns).
Độ rộng xung càng hẹp thì diện tích vùng ảnh hưởng nhiệt càng nhỏ và độ chính xác gia công càng cao.
Độ rộng xung đầu ra của laser sợi quang điều chế Q không thể điều chỉnh được, và độ rộng xung thường được xuất ra ở giá trị cố định từ 80 ns đến 140 ns. Laser sợi quang MOPA có dải tần số lặp lại rộng hơn. Laser MOPA có thể đạt được tần số đầu ra cao lên đến MHz. Tần số lặp lại cao đồng nghĩa với hiệu suất xử lý cao, và MOPA có thể duy trì đặc tính công suất đỉnh cao trong điều kiện tần số lặp lại cao. Laser sợi quang điều chế Q bị giới hạn bởi điều kiện hoạt động của bộ chuyển mạch Q và có dải tần số đầu ra hẹp, chỉ đạt khoảng ~100 kHz ở tần số cao.
4. Các kịch bản ứng dụng
Laser sợi quang MOPA có dải thông số rộng, vì vậy ngoài việc đáp ứng các ứng dụng gia công laser xung nano giây thông thường, nó còn có thể tận dụng độ rộng xung hẹp độc đáo, tần số cao và công suất đỉnh cao để đạt được một số ứng dụng gia công chính xác độc đáo. Ví dụ:
Ứng dụng bóc tách bề mặt tấm mỏng oxit nhôm
Hiện nay, các sản phẩm điện tử ngày càng mỏng nhẹ, nhiều điện thoại di động, máy tính bảng, máy tính đang sử dụng oxit nhôm mỏng làm vỏ sản phẩm. Việc sử dụng laser điều biến Q để khắc bit dẫn điện trên tấm nhôm mỏng dễ dẫn đến biến dạng vật liệu, mặt sau bị lồi, ảnh hưởng trực tiếp đến tính thẩm mỹ của ngoại hình. Trong khi đó, việc sử dụng laser MOPA với thông số độ rộng xung nhỏ hơn giúp vật liệu ít bị biến dạng hơn, đường khắc cũng tinh tế và trắng sáng hơn. Điều này là do laser MOPA sử dụng thông số độ rộng xung nhỏ giúp laser lưu lại trên vật liệu trong thời gian ngắn hơn, nhưng vẫn có đủ năng lượng để loại bỏ lớp anot, vì vậy đối với quá trình xử lý loại bỏ anot trên bề mặt oxit nhôm mỏng, laser MOPA là lựa chọn tốt hơn.
Ứng dụng làm đen nhôm anod hóa
Sử dụng laser để khắc logo, số hiệu sản phẩm, văn bản, v.v. màu đen lên bề mặt vật liệu nhôm anod hóa, ứng dụng này đã dần được các nhà sản xuất điện tử như Apple, Huawei, ZTE, Lenovo, Meizu và nhiều hãng khác sử dụng rộng rãi trong hai năm qua để khắc logo, số hiệu sản phẩm, v.v. bằng các vạch đen trên vỏ sản phẩm điện tử. Hiện nay, chỉ có laser MOPA mới có thể xử lý được loại ứng dụng này. Do laser MOPA có phạm vi điều chỉnh độ rộng xung và tần số xung rộng, việc sử dụng các thông số độ rộng xung hẹp, tần số cao có thể tạo ra hiệu ứng khắc đen trên bề mặt vật liệu, đồng thời, thông qua các sự kết hợp khác nhau của các thông số cũng có thể tạo ra hiệu ứng khắc xám khác nhau.
Khắc laser màu
Khắc laser màu là một loại quy trình khắc laser mới. Hiện nay, công nghệ này tạm thời chỉ được áp dụng để khắc laser MOPA trên thép không gỉ, crom, titan và các vật liệu kim loại khác với các họa tiết màu sắc. Khi khắc màu trên vật liệu thép không gỉ, chùm tia laser có thể được điều chỉnh để thay đổi màu sắc của lớp bề mặt vật liệu, nhằm tạo hiệu ứng trang trí với các màu sắc khác nhau. Đối với ngành công nghiệp sản phẩm thép không gỉ, bạn có thể thêm màu sắc vào họa tiết khắc, chỉnh sửa nhiều kiểu chữ khác nhau theo ý muốn, thuận tiện và dễ sử dụng; thân thiện với môi trường và không gây ô nhiễm; tốc độ khắc nhanh, có thể nâng cao đáng kể giá trị gia tăng của sản phẩm thép không gỉ, tăng cường khả năng cạnh tranh trên thị trường của sản phẩm thép không gỉ.
Nhìn chung, laser sợi quang MOPA có thể điều chỉnh độc lập độ rộng xung và tần số, với phạm vi điều chỉnh thông số rộng, do đó cho phép gia công tinh xảo, hiệu ứng nhiệt thấp, đặc biệt hiệu quả trong việc khắc trên tấm mỏng oxit nhôm, nhôm anod hóa đen, thép không gỉ màu, v.v., đạt được hiệu quả mà laser sợi quang Q không thể đạt được. Laser sợi quang điều biến Q có đặc điểm là khả năng khắc mạnh hơn, có ưu điểm nhất định trong gia công khắc sâu kim loại, nhưng hiệu quả khắc thô hơn. Trong các ứng dụng khắc thông thường, các đặc điểm chính của laser sợi quang xung MOPA so với laser sợi quang điều biến Q được thể hiện trong bảng dưới đây. Người dùng có thể lựa chọn loại laser phù hợp theo nhu cầu thực tế về vật liệu và hiệu quả khắc.
| Tên ứng dụng | Laser điều biến Q | Laser MOPA |
| Loại bỏ lớp bề mặt tấm oxit nhôm | Chất nền dễ bị biến dạng, tạo thành các túi lồi và đường đáy gồ ghề. | Độ rộng xung nhỏ, lượng nhiệt dư ít, không làm biến dạng chất nền, mẫu nền màu trắng sáng mịn. |
| Nhôm anot hóa làm đen | Chỉ có thể thực hiện việc lau bụi với chất lượng hạn chế. | Thông qua nhiều tùy chọn cài đặt thông số, bạn có thể tạo ra các sắc độ xám và đen khác nhau trong quá trình xử lý ảnh. |
| Khắc sâu kim loại | Mạnh mẽ, thích hợp cho việc chạm khắc sâu, tạo rãnh thô. | Độ sâu khắc yếu, nhưng đường gạch chân mảnh, độ thuôn nhỏ, có thể xử lý làm sáng màu. |
| Màu thép không gỉ | Cần phải làm mờ ảnh, hiệu ứng này sẽ khó điều chỉnh hơn. | Có thể tạo ra nhiều màu sắc khác nhau bằng cách điều chỉnh sự kết hợp giữa độ rộng xung và tần số. |
| Gia công nhựa ABS và các loại nhựa khác | Dễ bị ngả vàng, cảm giác nặng tay, nhanh chóng | Không có cảm giác, không dễ bị ố vàng, gia công tinh xảo |
| Tẩy lớp sơn trên các chìa khóa nhựa trong suốt | Khó tháo gỡ hơn | Dễ dàng tháo gỡ, làm sạch, đường viền sắc nét, khả năng truyền ánh sáng tốt hơn, hiệu quả cao. |
| Mã vạch đánh dấu trên bo mạch PCB, mã 2D | Năng lượng xung đơn cao, nhưng nhựa epoxy nhạy cảm với năng lượng laser. | Sử dụng xung có độ rộng nhỏ, tần số trung bình, mã vạch, mã 2D rõ nét hơn, khó bị xóa và dễ quét. |
5. Các tính năng hiệu suất của máy khắc laser MOPA
Máy khắc laser MOPA thuộc loại máy khắc laser, sử dụng laser bán dẫn điều biến điện trực tiếp làm nguồn phát (MOPA) cho laser sợi quang. So với laser sợi quang điều biến Q, tần số xung và độ rộng xung của laser sợi quang MOPA có thể điều khiển độc lập thông qua hai thông số laser này. Hệ thống dao động quét tốc độ cao cho phép duy trì công suất đỉnh cao ổn định và phạm vi vật liệu cần khắc rộng hơn. Với chùm tia laser chất lượng cao, chi phí sử dụng thấp, tuổi thọ không cần bảo trì 100.000 giờ, phù hợp cho việc khắc oxit nhôm đen, thép không gỉ 304, bóc tách anot, bóc tách lớp phủ, ngành công nghiệp bán dẫn và điện tử, khắc dấu trên nhựa và các vật liệu nhạy cảm khác, ngành công nghiệp ống nhựa PVC, khắc chữ hoa văn thân thiện với môi trường, tuân thủ tiêu chuẩn ROHS.
So với máy khắc laser thông thường, máy khắc laser MOPA có độ rộng xung M1 từ 4-200ns, M6 từ 2-200ns. Độ rộng xung của máy khắc laser thông thường là 118-126ns, như vậy bạn có thể thấy máy khắc laser MOPA có thể điều chỉnh độ rộng xung trong phạm vi rộng hơn, từ đó hiểu được tại sao một số sản phẩm không đạt hiệu quả như máy khắc laser sợi quang thông thường, nhưng máy khắc laser MOPA lại làm được.
Tuy nhiên, nhiều khách hàng mua máy khắc laser MOPA với kỳ vọng tốc độ xử lý tương đương với máy khắc laser sợi quang thông thường, nhưng rõ ràng điều này không đúng. Hai công nghệ này khác nhau. Khi khắc hiệu ứng màu, máy cần khắc với hiệu ứng bóng mờ tối thiểu ở tần số cao, cho phép khắc độ phân giải cao, nhưng đồng thời tốc độ khắc chậm hơn đáng kể. Ngoài ra, trong việc khắc sâu trên kim loại, máy khắc laser MOPA có thể không có lợi thế, vì không có ưu điểm về năng lượng xung đơn, nhưng hiệu quả tinh tế hơn và tốt hơn so với máy khắc laser thông thường trên quy mô lớn. Do đó, trước khi khách hàng lựa chọn mua máy khắc laser MOPA, họ cần hiểu rõ ưu điểm và nhược điểm của loại máy khắc laser này.
Máy khắc laser MOPA thích hợp cho quá trình khắc chính xác trên các vật liệu kim loại và phi kim loại, chẳng hạn như khắc laser đen các bộ phận sản phẩm kỹ thuật số, nắp lưng điện thoại, iPad, nhôm đen, phím điện thoại, phím nhựa trong suốt, linh kiện điện tử, mạch tích hợp (IC), thiết bị điện, sản phẩm truyền thông, thiết bị vệ sinh phòng tắm, phụ kiện dụng cụ, dụng cụ cắt gọt, kính mắt và đồng hồ, đồ trang sức, phụ tùng ô tô, hành lý và túi xách, dụng cụ nấu ăn, sản phẩm thép không gỉ và các ngành công nghiệp khác.
Công ty Maven Laser Automation đã tập trung vào ngành công nghiệp laser trong 14 năm, chúng tôi chuyên về khắc laser, chúng tôi có máy khắc laser sợi quang, máy khắc laser CO2, máy khắc laser UV, ngoài ra, chúng tôi cũng có máy hàn laser, máy cắt laser và máy làm sạch laser. Nếu bạn quan tâm đến máy móc của chúng tôi, bạn có thể theo dõi chúng tôi và liên hệ với chúng tôi.
Thời gian đăng bài: 15 tháng 11 năm 2022
