Khắc hình ảnh 3D bên trong khối thủy tinh bằng công nghệ laser

Khắc hình ảnh 3D bên trong khối thủy tinh bằng công nghệ laser

Share |

Khắc hình ảnh 3D bên trong khối thủy tinh bằng công nghệ laser

1. Giới thiệu chung

Hiện nay công nghệ laser đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống, kinh tế, xã hôi, đặc biệt là trong lĩnh vực công nghiệp. Trong gia công vật liệu, laser thường được sử dụng để khắc, cắt, hàn… Riêng trong lĩnh vực khắc, tùy theo từng loại laser, bước sóng hoạt động, công suất phát… chùm tia laser có thể khắc được trên hầu hết các loại vật liệu như: kim loại, hợp kim, gỗ, nhựa, gốm… trong đó, thủy tinh là loại vật liệu có thể được khắc rất tốt bằng chùm tia laser.

Về cấu tạo, thủy tinh được tạo thành từ silic oxit nóng chảy và kết tinh dưới dạng cấu trúc vô định hình. Thủy tinh được sử dụng rất phổ biến trong đời sống hàng ngày dưới nhiều hình thái khác nhau: chai, lọ, ly đựng chất lỏng, kính ô tô, vách ngăn, kính cách âm… Thủy tinh còn được ứng dụng nhiều trong các ngành nghề thủ công mỹ nghệ, trang trí, quà tặng… Do vậy, nhu cầu về gia công và chế tác thủy tinh cũng chiếm một thị phần đáng kể trên thị trường.

Thủy tinh là một trong những vật liệu có độ cứng cơ học cao nên rất khó khắc. Có thể kể đến một số phương pháp truyền thống khắc trên thủy tinh như: khắc bằng dao kim cương, dùng axit ăn mòn… Tuy nhiên, hiện nay công nghệ khắc laser trên thủy tinh đã trở nên thông dụng nhờ khả năng lựa chọn loại laser có bước sóng, chất lượng chùm tia phù hợp, tối ưu hóa thời gian khắc; cho phép khắc được nhiều chi tiết phức tạp với độ chính xác rất cao, thậm trí, có thể nói khắc bằng laser là công nghệ duy nhất hiện nay cho phép khắc được hình ảnh 3D nằm bên trong khối thủy tinh.
Quá trình khắc laser trên thủy tinh diễn ra như sau: khi chùm tia laser hội tụ được chiếu tới khối thủy tinh, mật độ năng lượng rất cao tại điểm hội tụ có thể làm nóng chảy silic oxit trong thủy tinh, từ đó tạo ra các cấu trúc bất trật tự và hình thành nên vết khắc. Kích thước của vết khắc phụ thuộc vào bước sóng, công suất laser, chất lượng chùm tia, hệ quang hội tụ,… Tập hợp các vết khắc này sẽ tạo thành đối tượng hình ảnh 3D bên trong khối thủy tinh. Đây chính là nguyên lý của kỹ thuật khắc laser 3D trong khối thủy tinh trong suốt.

2. Thiết kế, chế tạo thiết bị khắc laser bên trong khối thủy tinh
Hiện nay, có nhiều loại laser được sử dụng để khắc trong thủy tinh như: laser khí CO2, laser excimer, laser rắn,… trong đó laser rắn Nd:YAG Q-switched phát bức xạ tại bước sóng hòa ba bậc hai (532 nm) đã chứng tỏ nhiều ưu điểm: vết khắc sắc nét, độ ổn định cao, giá thành hợp lý… Nhờ đó, khi kết hợp với hệ quét tia laser galvo và bàn máy 3D, thiết bị cho phép khắc được hình ảnh 3D bên trong các khối thủy tinh rất chi tiết với tốc độ khắc rất cao.
Thiết bị khắc laser 3D bên trong khối thủy tinh đã được các cán bộ nghiên cứu tại Trung tâm Công nghệ Laser chế tạo dựa trên tích hợp các module và linh kiện bán thành phần sẵn có trên thị trường. Cấu hình hệ laser khắc 3D gồm các khối chính: nguồn phát laser Nd:YAG Q-switched 532 nm (CP400, Canlas), đầu quét tia laser Galvo (SinoLaser), thấu kính lái tia f-theta, bàn máy dịch chuyển 3 trục XYZ, card điều khiển DMC1000B, LMC-1 và phần mềm khắc laser 3D.

Diễn biến của quá trình khắc 3D bằng laser cũng tương tự như trong công nghệ in 3D thông thường, trong đó đối tượng vật thể ba chiều được chia thành rất nhiều lát cắt Sn hai chiều và mỗi lát cắt này sẽ được khắc lần lượt bên trong khối thủy tinh bằng chùm tia laser. Tập hợp tất cả các lát khắc này tạo thành hình ảnh ba chiều của vật thể.

Xem thêm máy khắc laser TAMHOA LASER : Máy khắc Laser

Chất lượng và độ sắc nét của hình khắc 3D trong khối thủy tinh phụ thuộc vào các yếu tố như: mật độ điểm khắc, tốc độ quét tia, khoảng dịch chuyển của bàn máy, công suất laser, kích thước vết laser hội tụ… Khi sử dụng thấu kính quét tia laser f-theta, kích thước điểm hội tụ giới hạn nhỏ nhất d (hay đường kính tại vị trí có cường độ 1/e2) đối với chùm tia laser tới có đường kính D sẽ được tính theo công thức:

trong đó: Q là hệ số chất lượng chùm tia laser (với mode TEM00, Q = 1), F là chiều dài tiêu cự của thấu kính f-theta.
Trong thực tế, hiện tượng che lấp chùm tia và các quang sai có thể khiến kích thước điểm hội tụ lớn hơn so với giá trị được tính toán. Kích thước trường quét lớn yêu cầu sử dụng thấu kính hội tụ f-theta có tiêu cự dài hơn. Tuy nhiên, điều này sẽ dẫn đến làm tăng kích thước điểm hội tụ trừ khi đường kính chùm tia tới, kích thước gương và đường kính thấu kính hội tụ đều tăng lên.

3. Sản phẩm khắc laser 3D bên trong khối thủy tinh
Trong quy trình khắc, hình ảnh đối tượng khắc được thiết kế trên các phần mềm vẽ 3D thông thường như 3DS Max, AutoCAD 3D…, sau đó được xử lý, chuyển thành các file dữ liệu 3D định dạng .obj, .dxf, .3ds, .stl. Khi đó, dữ liệu 3D sẽ được chuyển thành tập hợp các tọa độ điểm khắc laser trong không gian. Trong quá trình khắc laser, phần mềm hệ thống sẽ điều khiển đồng bộ giữa chùm tia laser lối ra với dịch chuyển của đầu quét tia galvo và bàn máy 3 trục XYZ. Dưới đây là một số hình ảnh của sản phẩm được thiết kế bằng phần mềm 3DS Max và khắc laser 3D bên trong khối thủy tinh.

Công ty TNHH Kỹ Thuật Tam Hòa với mạng lưới và kênh bán hàng đang hoàn thiện, chúng tôi đảm bảo mang tới cho khách hàng trong và ngoài nước dịch vụ tốt nhất trước và sau bán hàng.

Chúng tôi có mong ước được thắp lên hy vọng trên mỗi con đường dẫn tới thành công; chúng tôi mở ra xu thế mới trong ngành laser bằng sự chuyên nghiệp; tập thể chúng tôi một lòng đoàn kết, cùng nhau vun đắp nên sức mạnh cho một thương hiệu mớiCông ty Tnhh Kỹ Thuật Tam Hòa luôn phấn đấu trên mỗi chặng đường!

Tên doanh nghiệp: Công Ty TNHH Kỹ Thuật Tam Hòa

Địa chỉ: Lô V-2.2, Đường N1, Khu công nghiệp Quế Võ II, Xã Ngọc Xá, Thị Xã Quế Võ, Tỉnh Bắc Ninh, Việt Nam

MST : 2300 886 897

Tel/ Fax :02223-634129 /0948240946

Website: thietbilasertamhoa.com