KHẮC TẠO MÀU TRÊN BỀ MẶT VẬT LIỆU KIM LOẠI BẰNG CÔNG NGHỆ LASER

Công nghệ khắc vật liệu bằng chùm tia laser đã và đang được sử dụng rộng rãi để thay thế công nghệ in truyền thống do khắc laser có thể áp dụng cho hầu hết các loại vật liệu như: kim loại, hợp kim, gỗ, nhựa, cao su, chip silicon (điện tử), gốm sứ thủy tinh… và có những ưu điểm nổi bật với chi phí rẻ, khả năng tùy biến và độ chính xác cao, có thể dễ dàng tích hợp cho các dây chuyền tự động. Khắc laser đã trở thành một quy trình công nghiệp hàng đầu hiện nay trong nhiều ứng dụng, như ghi nhãn số sê-ri, ngày, mã vạch, Mã QR, logo công ty, nhãn hiệu thương mại và thông tin sản phẩm khác. Công nghệ khắc laser thông thường tạo ra các vết đơn sắc với màu xám hoặc đen. Tuy nhiên, xu hướng quan tâm đối với ứng dụng tạo màu cho các nhãn hiệu hoặc hoa văn nhiều màu sắc ngày càng tăng, chẳng hạn như thẻ nhận dạng và các sản phẩm trang trí nhằm mục đích tạo ra các sản phẩm hấp dẫn hơn,  thẩm mỹ hơn. Gần đây, khắc laser tạo màu đã xuất hiện như một công nghệ mới trên thế giới và rất linh hoạt để tạo ra các màu sắc khác nhau trên bề mặt vật liệu.

Trong nước, các thiết bị laser ứng dụng trong khắc tạo màu bắt đầu được quan tâm sử dụng để tạo ra những sản phẩm khắc đáp ứng với nhu cầu thị trường, hiện nay các thiết bị này đang được nhập ngoại. Trung tâm Công nghệ Laser với định hướng là đơn vị tiên phong lĩnh vực công nghệ laser đã đặt ra mục tiêu nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị laser khắc tạo màu và từ đó nghiên cứu nắm rõ quy trình khắc của thiết bị trên bề mặt từng vật liệu kim loại và tạo ra các sản phẩm khoa học công nghệ có tỷ lệ nội địa hóa cao.

Từ định hướng này, Trung tâm Công nghệ Laser đã đề xuất và được Viện ứng dụng Công nghệ giao cho thực hiện đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu chế tạo hệ laser sợi quang có khuếch đại dao động chủ (MOPA) ứng dụng trong kỹ thuật khắc tạo màu trên bề mặt kim loại”. Sau thời gian thực hiện nhiệm vụ, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công thiết bị laser sợi quang có khuếch đại dao động chủ (MOPA) trên cơ sở lựa chọn và tích hợp hệ thống, kết quả nghiên cứu mở ra một số hướng ứng dụng mới trong lĩnh vực chạm khắc bằng laser, đa dạng hóa sản phẩm và đáp ứng được nhiều lĩnh vực ứng dụng laser trong công nghiệp.

 Hệ thiết bị khắc laser tạo màu do Trung tâm Công nghệ Laser chế tạo gồm 3 khối bộ phận chính: i) Khối đầu phát laser sợi quang MOPA và đầu laser lối ra; ii) hệ quét tia galvo và thấu kính hội tụ f-theta; card điều khiển, nguồn nuôi cung cấp năng lượng và iii) hệ thống được điều khiển bằng phần mềm khắc laser EzCAD2 với các thông số kỹ thuật và hình ảnh như Hình 1 dưới đây.

Hình 1. Hệ thiết bị khắc laser tạo màu và thông số ký thuật của thiết bị do nhóm nghiên cứu chế tạo.

Thiết bị máy khắc laser tạo màu được chế tạo đang được tiến hành thử nghiệm khắc tạo màu trên các vật liệu kim loại như inox 304, inox 316, titan. Bằng việc thay đổi các thông số như: công suất laser, tần số lặp lại, độ rộng xung laser, tốc độ khắc, hình dạng, kích thước đường khắc, vị trí hội tụ của chùm tia để tạo ra các màu sác khắc nhau trên bề mặt vật liệu kim loại

Một số bảng màu khắc laser trên bề mặt vật liệu inox 304 và sản phẩm khắc thử nghiệm được trình bày trong hình ảnh dưới đây:

Hình 2. Các màu sắc là kết quả thử nghiệm khắc tạo màu bằng hệ laser MOPA

Hình 3. Một số hình ảnh sản phẩm khắc laser tạo màu trên bề mặt vật liệu kim loại 

   Hiện tại hệ thiết bị laser sợi quang có khuếch đại dao động chủ ứng dụng trong khắc tạo màu vẫn đang tiếp tục được nghiên cứu, thử nghiệm để hoàn thiện quy trình khắc, tìm ra thông số tối ưu và nâng cao chất lượng khắc cũng như đa dạng màu sắc trên các vật liệu kim loại tiến tới tạo nên những sản phẩm khắc chất lượng, thẩm mỹ, nghệ thuật và có giá trị cao.