Đánh dấu bằng laser, là một công nghệ xử lý hiện đại có độ chính xác cao và không tiếp xúc, đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như gia công kim loại, chip điện tử, sản phẩm nhựa và thiết bị y tế. Nó nổi tiếng với tính vĩnh cửu, độ nét cao và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, nhiều người dùng có thể bỏ qua một yếu tố quan trọng: điều kiện môi trường. Đánh dấu bằng laser không được thực hiện trong chân không. Ngay cả những thay đổi nhỏ nhất trong môi trường xung quanh cũng có thể hoạt động như một "bàn tay vô hình", ảnh hưởng sâu sắc đến hiệu ứng đánh dấu cuối cùng, tuổi thọ thiết bị và sự ổn định của quá trình.
Bài viết này sẽ phân tích một cách có hệ thống cách các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, độ sạch, độ rung và nguồn điện ảnh hưởng đến quá trình đánh dấu bằng laser và cung cấp các giải pháp tương ứng.
I. Nhiệt độ: Nền tảng của sự ổn định nhiệt
Bản thân laser là một nguồn nhiệt và trạng thái hoạt động của nó cực kỳ nhạy cảm với nhiệt độ môi trường.
Ảnh hưởng đến laser: Hầu hết các laser sợi quang và laser CO2 đều có phạm vi nhiệt độ hoạt động tối ưu (thường từ 15°C đến 25°C). Nhiệt độ môi trường quá cao có thể làm tăng tải cho hệ thống làm mát bên trong của laser, giảm hiệu quả làm mát và có thể gây ra sự suy giảm công suất của laser, làm giảm chất lượng chùm tia đầu ra (suy giảm chế độ) và thậm chí kích hoạt bảo vệ quá nhiệt và tắt máy. Nếu nhiệt độ quá thấp, nó có thể khiến nước làm mát bị đóng băng (đối với thiết bị làm mát bằng nước), làm hỏng các bộ phận chính xác.
Ảnh hưởng đến các thành phần quang học: Sự dao động nhiệt độ nghiêm trọng có thể gây ra sự giãn nở và co lại nhiệt của các thành phần quang học như thấu kính hội tụ và máy đo điện kế. Điều này sẽ làm thay đổi độ cong và vị trí tương đối của thấu kính, dẫn đến trôi tiêu cự và biến dạng điểm. Nó biểu hiện dưới dạng các đường đánh dấu dày hơn, độ sâu không đều và các mẫu tổng thể bị biến dạng.
Ảnh hưởng đến vật liệu: Các vật liệu khác nhau có phản ứng nhiệt khác nhau với laser. Nhiệt độ môi trường sẽ thay đổi nhiệt độ ban đầu của phôi, do đó ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thụ năng lượng laser của nó. Ví dụ, trong môi trường lạnh, phôi kim loại có thể yêu cầu công suất laser cao hơn để đạt được cùng một độ sâu đánh dấu, điều này làm tăng sự không chắc chắn của quá trình.
Giải pháp
Lắp đặt thiết bị trong một xưởng có kiểm soát nhiệt độ được trang bị điều hòa không khí.
Đảm bảo rằng hệ thống làm mát bằng laser (làm mát bằng không khí hoặc làm mát bằng nước) hoạt động bình thường và bảo trì nó thường xuyên.
Trước khi xử lý, hãy để thiết bị làm nóng trước trong một khoảng thời gian để đạt đến trạng thái ổn định nhiệt.
II. Độ ẩm: Mối đe dọa tiềm ẩn của sự ăn mòn và ngưng tụ
Độ ẩm trong không khí, đặc biệt là độ ẩm cao, là "kẻ giết người vô hình" của thiết bị laser.
Nguy cơ ngưng tụ: Khi nhiệt độ môi trường thấp hơn nhiệt độ điểm sương, hơi nước trong không khí sẽ ngưng tụ thành các giọt nước trên bề mặt kim loại lạnh. Khi nước ngưng tụ hình thành trong khoang laser, trên bề mặt thấu kính quang học hoặc thậm chí bên trong đầu ra laser, hậu quả có thể thảm khốc. Khi thấu kính bị ướt, nó sẽ nóng lên nhanh chóng khi laser đi qua, khiến lớp phủ trên thấu kính bị nứt và thấu kính bị vỡ. Nước ngưng tụ cũng có thể gây gỉ sét trên các bộ phận kim loại và đoản mạch trong mạch.
Ảnh hưởng đến vật liệu: Một số vật liệu (chẳng hạn như gỗ và một số loại nhựa) bản thân chúng có thể hấp thụ độ ẩm từ không khí. Khi phôi ẩm tiếp xúc với tia laser, sự bay hơi không đều sẽ xảy ra, khiến màu đánh dấu chuyển sang màu vàng hoặc đen (với sự cacbon hóa tăng cường) hoặc dẫn đến hiệu ứng "quầng nước" mờ ở các cạnh.
Giải pháp
Kiểm soát chặt chẽ độ ẩm trong xưởng. Độ ẩm tương đối lý tưởng nên được duy trì trong khoảng từ 40% đến 60%. Có thể trang bị máy hút ẩm công nghiệp.
Khi thiết bị không được bật, hãy giữ nhiệt độ trong phòng máy cao hơn nhiệt độ môi trường 2-3°C để ngăn ngừa ngưng tụ.
Đối với các vật liệu hút ẩm, nên thực hiện xử lý sấy trước khi xử lý.
III. Độ sạch: "Kẻ thù tự nhiên" của đường dẫn quang học
Máy đánh dấu bằng laser là một thiết bị chính xác tích hợp quang học, cơ học và điện tử. Bất kỳ sự ô nhiễm nhỏ nào cũng sẽ chặn hoặc phân tán đường dẫn ánh sáng.
Ô nhiễm bụi: Bột kim loại, mảnh vụn nhựa, bụi thông thường và các chất khác trôi nổi trong không khí sẽ bám vào thấu kính bảo vệ, thấu kính hội tụ và gương máy đo điện kế của laser.
Mất năng lượng: Vết bẩn có thể chặn và phân tán năng lượng laser, dẫn đến năng lượng hiệu quả không đủ nhận được bởi phôi, khiến việc đánh dấu trở nên nông hơn hoặc thậm chí không thể đánh dấu.
Hư hỏng quang học: Các chất gây ô nhiễm trên thấu kính sẽ hấp thụ năng lượng laser và tạo ra nhiệt, tạo ra các điểm nhiệt độ cao cục bộ làm cháy vĩnh viễn lớp phủ và chất nền của thấu kính.
Giảm độ chính xác: Bụi bám trên đường ray dẫn hướng và vít me sẽ đẩy nhanh quá trình mài mòn cơ học và ảnh hưởng đến độ chính xác chuyển động.
Ô nhiễm hóa học: Khí ăn mòn (chẳng hạn như sương axit và sương muối) có trong một số môi trường xử lý nhất định sẽ từ từ ăn mòn kim loại và các thành phần quang học tiếp xúc của thiết bị, làm giảm tuổi thọ của chúng.
Giải pháp
Thiết lập một xưởng đánh dấu độc lập và sạch sẽ, cách ly với các quy trình tạo bụi như dập và cắt.
Làm sạch thấu kính quang học thường xuyên (tùy thuộc vào thời gian làm việc hoặc khi cần thiết) bằng ethanol khan và giấy thấu kính.
Trang bị cho thiết bị các nắp bảo vệ và đóng cửa bảo vệ khi nó đang hoạt động.
IV. Độ rung và luồng không khí: Những kẻ phá rối sự ổn định
Đánh dấu bằng laser dựa vào một hệ thống đường dẫn quang học cực kỳ chính xác và bất kỳ rung động nhỏ nào cũng là kẻ thù không đội trời chung của nó.
Tác động của độ rung: Nếu thiết bị được lắp đặt gần máy ép, máy công cụ CNC hoặc quạt lớn, độ rung từ mặt đất sẽ được truyền đến thân máy đánh dấu. Điều này sẽ khiến đường dẫn quang học bị dịch chuyển và máy đo điện kế bị rung, biểu hiện dưới dạng hình ảnh đôi, gờ và các đường không liên tục trong mẫu đánh dấu. Làm việc trong môi trường rung trong thời gian dài sẽ làm hỏng nghiêm trọng độ chính xác của động cơ và vòng bi máy đo điện kế.
Ảnh hưởng của luồng không khí: Luồng không khí mạnh (chẳng hạn như thổi trực tiếp quạt, luồng không khí từ cửa ra vào và cửa sổ) có thể cản trở đường thoát của khói và bụi được tạo ra trong quá trình đánh dấu, điều này có thể khiến các chất gây ô nhiễm này bám lại vào bề mặt của phôi, làm ô nhiễm khu vực đánh dấu và dẫn đến hiệu ứng đánh dấu không đều. Đồng thời, luồng không khí cũng sẽ gây ra những xáo trộn nhỏ cho đường dẫn quang học.
Giải pháp
Lắp đặt các tấm đệm hấp thụ xung kích cho thiết bị hoặc đặt nó trên một bàn làm việc chắc chắn và ổn định.
Để thiết bị tránh xa các nguồn rung lớn.
Tránh để cửa gió của điều hòa không khí hoặc quạt thổi trực tiếp vào đường dẫn ánh sáng và khu vực xử lý.
V. Nguồn cung cấp điện: Nguồn năng lượng
Nguồn cung cấp điện ổn định và tinh khiết là điều kiện tiên quyết cho đầu ra ổn định của laser.
Dao động điện áp: Cả điện áp quá cao và quá thấp đều có thể ảnh hưởng đến trạng thái hoạt động của nguồn điện laser, dẫn đến công suất đầu ra không ổn định và độ sâu đánh dấu không đều. Dao động điện áp nghiêm trọng thậm chí có thể làm cháy các mô-đun nguồn hoặc bảng điều khiển.
Sóng và nhiễu: Dòng điện tăng vọt trong lưới điện và nhiễu điện từ từ các thiết bị công suất cao khác có thể khiến hệ thống điều khiển máy đánh dấu bị đóng băng hoặc trục trặc, dẫn đến gián đoạn xử lý hoặc các sản phẩm bị lỗi.
Giải pháp
Trang bị cho máy đánh dấu bằng laser một bộ ổn áp và một bộ lưu điện (UPS) để lọc nhiễu lưới và cung cấp khả năng bảo vệ khi mất điện.
Đảm bảo thiết bị được nối đất tốt.
Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến việc đánh dấu bằng laser là toàn diện và có hệ thống. Để đạt được sản xuất đánh dấu bằng laser ổn định, hiệu quả và chất lượng cao, người ta không chỉ tập trung vào thiết bị và các thông số quy trình.