Khắc chìm bằng laser

Khắc chìm bằng laser

Điểm chính cần nhớ

• Khắc chìm loại bỏ vật liệu, sâu hơn khắc ăn mòn và sâu hơn rất nhiều so với khắc bề mặt.
• Laser CO₂ ở 10,6 µm là lựa chọn chủ lực cho polymer, vì polymer hấp thụ tia hồng ngoại rất mạnh.
• Xung ngắn làm giảm sự khuếch tán nhiệt, cho cạnh sạch hơn và chi tiết mịn hơn.
• Việc chọn bước sóng phụ thuộc vào từng vật liệu, và chọn sai sẽ gây hư hại thay vì tạo độ sâu.

Khắc chìm bằng laser

Khắc chìm bằng laser loại bỏ vật liệu để tạo rãnh lõm có độ sâu đo được, khác với khắc bề mặt vốn chỉ làm đổi màu bề mặt mà không loại bỏ vật liệu. Trên nhựa, chùm tia làm polymer vượt ngưỡng bay hơi và vật liệu thoát ra dưới dạng hơi và hạt bị bắn ra, tạo hốc thường sâu trong khoảng 0,05–0,5 mm tùy số lượt quét và thông số.

Độ sâu là điều định nghĩa quy trình này, và cũng là lý do quy trình chậm hơn, khắc nghiệt về nhiệt hơn và đòi hỏi hút khí cao hơn so với khắc bề mặt.

So sánh khắc chìm, khắc ăn mòn và khắc bề mặt

Đạt độ sâu mà không gây hư hại

Độ sâu trên polymer đến từ nhiều lượt quét chứ không phải từ công suất thô. Tăng mạnh một lượt quét duy nhất làm nhiệt tích tụ nhanh hơn khả năng tản nhiệt, dẫn đến chảy, đổi màu, ứng suất bên trong và gờ vật liệu đông đặc lại cuộn tròn ở mép hốc. Nhiều lượt quét nhẹ hơn với thời gian làm nguội đủ giữa các lượt cho thành hốc sạch hơn và kiểm soát kích thước tốt hơn.

Các điểm quyết định thành công:

• Vật liệu chảy đọng lại. Khác với kim loại, nhựa nhiệt dẻo chảy trước khi bay hơi. Vật liệu bị đẩy ra có thể đông đặc lại ở mép thành bavia nhô lên, cần được tính đến trong thiết kế hoặc loại bỏ.
• Vùng ảnh hưởng nhiệt. Nhiệt tích lũy gây mờ đục, nứt rạn và ứng suất dư quanh hốc – một mối lo về độ bền ở chi tiết chịu tải hoặc chịu môi trường khắc nghiệt.
• Chiến lược quét. Quét chéo giữa các lượt và xoay góc quét cho đáy phẳng hơn so với việc quét lặp lại cùng một hướng vector.
• Đặc tính vật liệu độn. Ở nhựa độn sợi thủy tinh, polymer bay hơi nhưng thủy tinh thì không, để lộ các sợi trên bề mặt – được xử lý trong giải quyết hiện tượng sợi thủy tinh nhô lên.

An toàn và khí thải

Khắc chìm tạo ra nhiều sản phẩm phân hủy hơn hẳn khắc bề mặt, và hóa học polymer quyết định mức độ nguy hại. Không được xử lý PVC bằng laser – vật liệu này giải phóng hydro clorua, gây ăn mòn đối với người vận hành, quang học và khung máy. Các fluoropolymer như PTFE giải phóng sản phẩm phân hủy nguy hại khi bị phân hủy nhiệt. Ngay cả các polymer lành tính cũng tạo ra lượng lớn hạt và hơi hữu cơ.

Hệ thống hút khí cục bộ đầy đủ kèm lọc phù hợp là yêu cầu bắt buộc chứ không phải tùy chọn, cùng với các biện pháp kiểm soát nguy hiểm chùm tia dành cho hệ thống Class 4 theo ANSI Z136.1 và sự giám sát của Cán bộ An toàn Laser được chỉ định.

Khi nào khắc chìm là lựa chọn đúng

Hãy chỉ định khắc chìm khi vết khắc phải chịu được mài mòn, tiếp xúc hóa chất hoặc tuổi thọ sử dụng lâu dài; khi cần chi tiết xúc giác hoặc chữ nổi Braille; khi chế tạo khuôn và hốc dụng cụ để chi tiết xuất hiện trên mọi sản phẩm đúc; hoặc khi bản thân độ sâu có chức năng. Nếu yêu cầu chỉ đơn giản là mã vĩnh viễn, dễ đọc, độ tương phản cao, thì khắc bề mặt nhanh hơn, nhẹ nhàng hơn với vật liệu và thường là giải pháp kỹ thuật tốt hơn.

Chiến lược thông số để tạo độ sâu

Độ sâu trên polymer được tích lũy dần chứ không phải khoét mạnh một lần. Các thông số tương tác lẫn nhau, và thứ tự điều chỉnh quan trọng hơn bản thân các giá trị:

Khắc phục sự cố với chi tiết khắc chìm

Chỉ định chi tiết khắc chìm

Khắc chìm loại bỏ vật liệu kết cấu, nên đây là một quyết định thiết kế chứ không thuần túy là khắc. Bản vẽ yêu cầu chi tiết khắc chìm cần ghi:

• Độ sâu kèm dung sai, không phải giá trị danh nghĩa. Độ sâu thay đổi theo lô nhựa, màu sắc và điều kiện đúc, nên yêu cầu không có dung sai thì không thể kiểm tra.
• Chiều dày thành còn lại tại vị trí khắc, ghi dưới dạng tối thiểu. Đây là con số quan trọng đối với độ toàn vẹn kết cấu, và cũng là con số hay bị bỏ sót nhất.
• Vị trí so với các đặc điểm tập trung ứng suất. Tránh khắc gần cổng phun, đường hàn, gân và góc bo nơi ứng suất dư tập trung – hốc ở đó sẽ trở thành điểm khởi phát vết nứt khi sử dụng.
• Yêu cầu về tình trạng cạnh, vì một ít gờ chảy là bình thường trên nhựa nhiệt dẻo. Hoặc cho phép gờ với mức tối đa được nêu rõ, hoặc chỉ định công đoạn phụ.
• Phương pháp đo. Đo biên dạng bằng đầu dò, kính hiển vi đồng tiêu hoặc mẫu cắt ngang đều cho kết quả khác nhau trên hốc có đáy tròn; nêu rõ phương pháp mới làm dung sai có ý nghĩa.

Nếu yêu cầu chỉ là mã vĩnh viễn dễ đọc, hãy xem xét lại liệu có thực sự cần độ sâu hay không. Khắc bề mặt nhanh hơn, không loại bỏ vật liệu và không kéo theo bất kỳ ràng buộc nào ở trên.

Thuật ngữ và tài liệu liên quan

• Giải pháp khắc laser trên nhựa
• Khắc ăn mòn bằng laser
• Khắc phục sự cố khi khắc chìm bằng laser trên nhựa
• Cách khắc laser trên nhựa

Ứng dụng vào sản xuất thực tế

The Sabreen Group cung cấp hỗ trợ kỹ thuật độc lập cho việc phát triển quy trình khắc chìm bằng laser, kiểm soát độ sâu và xử lý khí thải. Nếu quý khách đang chỉ định quy trình, đánh giá vật liệu hoặc khắc phục sự cố sản xuất, đội ngũ dịch vụ kỹ thuật của chúng tôi sẵn sàng hỗ trợ. Liên hệ với chúng tôi để trao đổi về ứng dụng của quý khách.

Câu hỏi thường gặp

Khắc chìm bằng laser là gì?

Quy trình loại bỏ vật liệu độ phân giải cao dùng chùm tia hội tụ để ablate bề mặt, tạo ra dấu hoặc họa tiết sâu vĩnh viễn. Khác với khắc ăn mòn và khắc bề mặt, khắc chìm loại bỏ vật liệu về mặt vật lý để tạo chi tiết lõm.

Khắc chìm bằng laser sâu đến mức nào?

Sâu hơn khắc ăn mòn – vốn chỉ ảnh hưởng vài micron trên cùng – và sâu hơn rất nhiều so với khắc bề mặt, vốn có thể không loại bỏ vật liệu nào. Độ sâu thực tế được kiểm soát bằng công suất, thời lượng và tần số xung, tốc độ quét và số lượt quét.

Bước sóng laser nào phù hợp để khắc chìm polymer?

Laser CO₂ ở 10,6 µm được dùng rộng rãi nhất cho polymer và vật liệu hữu cơ nhờ hấp thụ hồng ngoại mạnh, cho phép khắc chìm trực tiếp với hư hại nhiệt tối thiểu ở vùng xung quanh.

Những thông số nào kiểm soát chất lượng khắc chìm?

Công suất laser quyết định tốc độ loại bỏ vật liệu nhưng có nguy cơ gây hư hại nhiệt nếu không kiểm soát. Thời lượng và tần số xung ảnh hưởng đến khuếch tán nhiệt, xung ngắn hơn cho cạnh sạch hơn và chi tiết mịn hơn. Tốc độ quét và tiêu cự hoàn thiện bộ thông số.

Cần lưu ý những vấn đề nào?

Hấp thụ phụ thuộc vào vật liệu, nghĩa là bước sóng sai sẽ khắc kém hoặc làm hỏng chi tiết. Nhiệt quá mức gây chảy, đổi màu hoặc nứt vi mô. Và cần hút khói, vì ablation tạo ra sản phẩm phụ cũng làm bẩn quang học.

Làm thế nào để tăng độ sâu mà không làm hỏng chi tiết?

Bằng cách thêm lượt quét, không phải tăng công suất. Nhiều lượt quét nhẹ hơn với thời gian trễ làm nguội giữa các lượt cho thành hốc sạch hơn, kiểm soát kích thước tốt hơn và ứng suất dư thấp hơn nhiều so với một lượt quét mạnh. Vượt quá khoảng 0,2 mm, hãy áp dụng độ lệch tiêu cự mỗi lượt, nếu không chùm tia sẽ mất nét khi hốc sâu dần và độ sâu ngừng tăng.

Ghi chú khắc chìm trên bản vẽ cần bao gồm những gì?

Độ sâu kèm dung sai, chiều dày thành còn lại tối thiểu tại vị trí đó, vị trí so với cổng phun và đường hàn, tình trạng cạnh cho phép vì một ít gờ chảy là bình thường trên nhựa nhiệt dẻo, và phương pháp đo. Chiều dày thành còn lại là con số hay bị bỏ sót nhất và là con số quyết định chi tiết có chấp nhận được về mặt kết cấu hay không.

Vì sao đáy hốc bị gợn sóng?

Vì các lượt quét liên tiếp đi cùng một hướng vector. Xoay góc quét giữa các lượt, thường 45 hoặc 90 độ, cho đáy phẳng hơn rõ rệt. Khoảng cách quét cũng quan trọng – quá rộng để lại gợn sóng, quá sát thì làm nóng đôi bề mặt và gây mờ đục.

---