Thiết bị laser UV bước sóng 355nm ứng dụng trong khắc vật liệu phi kim loại

Trong những năm gần đây laser UV có nhiều ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kinh tế xã hội do những đặc tính ưu việt như bước sóng ngắn và chất lượng chùm cao, chùm tia có thể được hội tụ đến kích thước điểm cỡ vài micromet (~10 µm), tốc độ lặp lại cao và điểm hội tụ nhỏ làm cho những tia laser này rất phù hợp để gia công cắt, khắc các chi tiết cực nhỏ, độ chính xác cao.

Đối với công nghệ khắc sử dụng Laser UV bước sóng 355nm thường khắc trên các vật liệu phi kim loại như nhựa, da, mica, thủy tinh, kính, gốm sứ đảm bảo chất lượng, có thể khắc được các chi tiết, hình ảnh nhỏ mà vẫn hiển thị được sắc nét, các chi tiết khắc rất tinh xảo… đây là ưu điểm nổi bật nhất mà thiết bị khắc laser CO₂ hay các phương pháp khắc khác không thể làm được... thiết bị khắc laser UV thích hợp cho những ứng dụng trong lĩnh vực quà tặng và khắc các sản phẩm cao cấp đòi hỏi yêu cầu thẩm mỹ cao cho đến cực cao.

Tại Việt Nam nhu cầu thị trường khắc trên vật liệu nhựa trong các nhà máy, doanh nghiệp sản xuất đã phát triển trong vài năm gần đây, các nghiên cứu về quá trình khắc trên vật liệu nhựa sử dụng laser UV 355nm vẫn còn rất hạn chế. Các thiết bị khắc sử dụng laser UV thương mại chủ yếu được nhập nguyên chiếc dẫn đến hạn chế trong các ứng dụng cũng như khó khăn trong việc làm chủ công nghệ khắc. Hiện tại trong nước chưa sản xuất, chế tạo được thiết bị này. Trung tâm Công nghệ Laser với định hướng là đơn vị tiên phong lĩnh vực công nghệ laser đã đặt mục tiêu nghiên cứu, chế tạo hệ thiết bị khắc laser UV bước sóng 355nm ứng dụng khắc trên vật liệu phi kim loại. Việc chủ động chế tạo thiết bị để nắm bắt, làm chủ công nghệ chế tạo thiết bị cũng như làm chủ quy trình khắc trên các loại vật liệu nhựa, thủy tinh… khác nhau theo yêu cầu của thị trường.

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: “Chế tạo hệ thiết bị khắc trên vật liệu phi kim sử dụng laser bước sóng 355nm để khắc tem nhãn trên vật liệu nhựa”. Sau thời gian thực hiện nhiệm vụ, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công thiết bị laser UV bước sóng 355nm trên cơ sở lựa chọn và tích hợp những modul bán thành phẩm trên thị trường.

Hình 1. Sơ đồ ghép nối các bộ phận tích hợp của thiết bị khắc laser UV

Thiết bị laser UV bước sóng 355nm được chế tạo đang bước đầu tiến hành thử nghiệm khắc trên các vật liệu phi kim loại như nhựa, thủy tinh…. Bằng việc thay đổi các thông số như: công suất laser, tần số lặp lại, độ rộng xung laser, tốc độ khắc, nhóm nghiên cứu đã bước đầu tạo ra được một số sản phẩm khắc thử nghiệm như hình dưới đây.

Hình 2. Một số mẫu thử nghiệm khắc laser UV 355nm trên các vật liệu nhựa PVC, ABS, PP      

Một số kết quả khắc thử nghiệm trên vật liệu nhựa như ABS, PVC, PP với độ sắc nét, độ tương phản cao, tốc độ xử lý, tính linh hoạt cao và khắc kích thước nhỏ cỡ micromet. Việc chế tạo thành công hệ thiết bị khắc laser UV góp phần chủ động trong công nghệ chế tạo, tích hợp thiết bị cũng như làm chủ quy trình khắc, từ đó mở ra một số hướng ứng dụng mới trong lĩnh vực chạm khắc bằng laser trên vật liệu phi kim, đa dạng hóa sản phẩm và đáp ứng được nhiều lĩnh vực ứng dụng laser trong công nghiệp phụ trợ, gia dụng, y tế.