Khắc laser kim loại cần máy gì, từ nhôm anod tới vàng bạc

Máy diode 10W khắc gỗ đẹp, nhưng đưa miếng inox vào thì tia đi qua mà bề mặt vẫn sạch bóng, đó là lúc anh em nhận ra khắc laser kim loại là bài toán về bước sóng chứ không phải về công suất. Bài này nói rõ máy nào làm được tới đâu trên từng loại kim loại, kèm thông số tham khảo để anh em tự chạy thử.

Nội dung hướng tới xưởng kim hoàn, shop làm thẻ tên và quà tặng doanh nghiệp, cùng anh em đang có máy diode và muốn mở rộng sang hàng kim loại. Các con số về độ hấp thụ, tốc độ và tần số xung đều là mức tham chiếu cho laser diode xanh, module hồng ngoại và laser fiber.

Tóm tắt nhanh

• Kim loại trần hấp thụ tia 1064nm tốt gấp nhiều lần tia xanh 455nm, nên máy diode không ăn tia trên inox bóng.
• Máy diode chỉ làm được hai việc trên kim loại, xóa lớp anod hóa và khắc lên bề mặt có phủ bột đánh dấu.
• Module hồng ngoại 2W khắc trực tiếp inox, nhôm, đồng và bạc nhưng chỉ khắc bề mặt, không tạo được độ sâu.
• Laser fiber 20W khắc sâu tới 0,13 tới 0,51mm và chạy tới 400mm/s, đây là ngưỡng bắt buộc khi làm hàng loạt.
• Đồng phản xạ khoảng 95% tia 1064nm nên cần máy MOPA có bộ chặn phản xạ ngược hoặc laser xanh 532nm.

Khắc laser kim loại cần loại laser nào

Khắc laser kim loại cần laser bước sóng 1064nm, gồm module hồng ngoại công suất nhỏ hoặc laser fiber. Laser diode xanh 455nm chỉ làm được trên kim loại có lớp phủ hoặc lớp bột đánh dấu.

Cách phân biệt từng loại máy theo bước sóng nằm trong bài các loại máy khắc laser, phần dưới đây đi thẳng vào chuyện kim loại. Thứ tự các mục xếp theo mức đầu tư tăng dần, từ máy diode đang có sẵn tới máy fiber chuyên dụng.

Vì sao laser diode không ăn tia trên kim loại trần

Kim loại phản xạ gần hết ánh sáng xanh nên năng lượng không kịp chuyển thành nhiệt tại bề mặt. Cùng một bề mặt đó lại hấp thụ tia 1064nm khá tốt, và đây là toàn bộ lý do máy fiber làm được việc mà máy diode không làm được.

Bảng này giải thích luôn hai chuyện anh em hay gặp. Đồng thau dễ khắc hơn hẳn đồng đỏ dù nhìn bề ngoài khá giống nhau, còn đồng đỏ và bạc là hai vật liệu khó xử lý trong nhóm kim loại thông dụng vì phản xạ tới hơn 95% năng lượng ngược về phía nguồn laser. Phần năng lượng dội lại đó đi ngược vào buồng cộng hưởng và có thể làm hỏng diode bơm chỉ sau vài phút nếu máy không có bộ chặn phản xạ ngược, nên với đồng đỏ thì lựa chọn đúng là máy MOPA có bộ chặn hoặc máy laser xanh 532nm. Máy CO2 nằm ngoài cuộc chơi kim loại vì hấp thụ dưới 5% ở mọi kim loại trong bảng.

Hai việc máy diode làm được trên kim loại

Máy diode xanh vẫn dùng được cho hàng kim loại ở mức nhất định, miễn là anh em hiểu máy đang tác động lên lớp phủ chứ không lên chính khối kim loại. Hai cách dưới đây là toàn bộ những gì một máy diode làm được khi khắc laser kim loại.

Xóa lớp anod hóa trên nhôm

Nhôm anod hóa có một lớp nhôm oxit ngậm phẩm màu ở bề mặt, tia xanh đốt bay lớp phẩm màu đó và để lộ nền nhôm sáng bên dưới. Kết quả là chữ trắng trên nền đen, loại vết mà thẻ tên và vỏ máy móc vẫn dùng.

Nhôm anod màu đen cho tương phản cao nhất vì lớp phẩm dày và đậm, các màu sáng cần đẩy công suất lên. Có một ngưỡng cần nhớ, đẩy công suất quá 50% trên nhiều dòng máy sẽ xuyên qua hết lớp anod trong một lượt và vết khắc chuyển sang màu xám thay vì trắng.

Phủ bột đánh dấu lên kim loại trần

Bột đánh dấu là hỗn hợp gốc gốm, khi bị tia laser nung thì lớp gốm này chảy ra và bám dính vào bề mặt kim loại, tạo vết đen bền. Phần bột không bị tia chiếu tới thì rửa nước là sạch.

Quy trình chạy với máy diode 10W gồm sáu bước dưới đây, làm đúng thứ tự thì vết khắc mới bám.

1. Lau sạch dầu và dấu tay bằng cồn, để khô hẳn trước khi phun.
2. Phun cách bề mặt 25 tới 30cm, một lớp mỏng 0,5 tới 2 mil là đủ, phun dày là vết sẽ bong.
3. Sấy bằng máy sấy khoảng 10 giây, hoặc để khô tự nhiên vài phút.
4. Chạy chế độ raster ở công suất 70 tới 80% và tốc độ 800 tới 1000mm/ph, một lượt.
5. Tắt air assist, vì luồng khí thổi bay lớp bột trước khi nó kịp bám dính.
6. Rửa phần bột còn lại dưới vòi nước rồi lau khô.

Bột chuyên dụng cho laser có giá từ 60 USD mỗi bình, loại mỡ bôi trơn gốc molybdenum mà anh em trong cộng đồng vẫn dùng thay thế chỉ khoảng 10 tới 13 USD mỗi bình nhưng cần phun hai lớp mỏng và lau lại bằng cồn hoặc acetone. Loại rẻ cho vết nhạt hơn và kém bền hơn, dùng để chạy mẫu thì được.

Bốn lỗi hay gặp khi phủ bột và cách xử lý tương ứng được gom lại dưới đây.

• Vết khắc lau nhẹ là bay hết, nguyên nhân gần như luôn là phun quá dày, phun lại lớp mỏng hơn và giữ bình xa hơn.
• Vết khắc nhạt, nâng công suất thêm 5 tới 10% hoặc giảm tốc độ xuống 600mm/ph rồi thử lại.
• Vết mờ dần sau khi rửa, thường do air assist còn bật hoặc sai điểm hội tụ.
• Chữ nhỏ bị nhòe thành khối đen, giảm DPI xuống 300 với chữ dưới 6mm và phun lớp mỏng hơn.

Phủ bột hợp với đơn lẻ và hàng mẫu, nhưng khi tính chi phí mỗi sản phẩm thì phải cộng cả tiền bột, tiền cồn lau, thời gian phun, sấy và rửa, nên cách này không kinh tế cho hàng loạt.

Module hồng ngoại 2W, khi nào là đủ

Module hồng ngoại dùng bước sóng 1064nm giống laser fiber, chỉ khác là công suất thấp hơn nhiều lần. Điểm laser của module này khoảng 0,03mm, nhỏ hơn điểm laser xanh gần ba lần, nên nét chữ trên inox và bạc mảnh và sắc.

Vài mốc thông số tham chiếu cho module hồng ngoại công suất khoảng 1 tới 2W, dùng để bắt đầu dò thông số.

• Đồng đỏ chạy ảnh bitmap ở 1000mm/ph, công suất 80%, một lượt.
• Inox xước chạy ở 3000mm/ph, công suất 80%, một lượt.

Module này khắc trực tiếp lên kim loại trần mà không cần phủ bột, đó là điểm hơn hẳn máy diode xanh. Đổi lại, 2W chỉ đủ tạo vết trên bề mặt và ủ màu nhẹ, không bóc được vật liệu để tạo rãnh sờ thấy được.

Trên Creality Falcon A1 Pro, module hồng ngoại 2W là phụ kiện mua riêng giá khoảng 335 USD, tức cộng thêm gần một phần ba giá máy cơ bản. Chi tiết về cách đổi đầu laser và kết quả test nằm trong bài review Creality Falcon A1 Pro.

Module hồng ngoại đủ dùng cho shop làm quà tặng khắc logo lên bình giữ nhiệt, thẻ tên, bật lửa và vỏ đồng hồ với số lượng vài chục món mỗi đợt. Khi đơn hàng lên hàng trăm món mỗi tuần, tốc độ của module 2W thành điểm nghẽn rõ rệt.

Laser fiber 20W tới 60W, khi nào bắt buộc

Laser fiber là loại máy dành cho việc khắc laser kim loại đúng nghĩa, vì cùng bước sóng 1064nm nhưng công suất gấp mười lần trở lên so với module hồng ngoại. Khoảng 20 tới 30W đủ cho việc đánh dấu bề mặt và khắc nhẹ, từ 50W trở lên mới nói tới khắc sâu và cắt lá kim loại mỏng.

Bảng thông số tham chiếu dưới đây dành cho máy fiber 30W, mức công suất hay gặp ở xưởng nhỏ. Anh em vẫn nên coi đây là điểm khởi đầu rồi dò lại trên phôi thật của mình.

Ba kiểu vết mà máy fiber tạo ra khác nhau về độ sâu, và anh em nên nói rõ với khách mình đang bán kiểu nào.

• Khắc bóc vật liệu, hóa hơi bề mặt để lại rãnh sâu 0,13 tới 0,51mm, dùng cho số khuôn, mã series và chi tiết cơ khí.
• Ăn mòn bề mặt, làm chảy một lớp rất mỏng và oxy hóa, độ sâu 0,025 tới 0,076mm, dùng cho logo và chữ trên đồ gia dụng.
• Ủ màu, nung tới khi hình thành màng oxit dày 50 tới 200 nanomet, không mất vật liệu nên dùng được cho dụng cụ y tế và dao.

Máy fiber 20W có điểm laser khoảng 0,03 x 0,06mm, chạy tối đa 400mm/s khi cần chất lượng cao, và cắt được lá nhôm 0,2mm trong một lượt. Đây là con số cần nhớ vì nhiều người vẫn tưởng máy fiber cắt được tấm kim loại dày.

MOPA và chuyện khắc màu trên inox

MOPA là loại fiber chỉnh được độ dài xung, nhờ đó điều khiển được độ dày màng oxit hình thành trên bề mặt inox và tạo ra nhiều màu khác nhau từ cùng một tấm vật liệu. Màu phụ thuộc độ dày màng oxit chứ không phụ thuộc chất phủ nào.

Với vàng và bạc, khả năng chỉnh xung của MOPA giúp giảm nhiệt truyền vào phôi nên vết khắc gọn hơn, đây là lý do các xưởng trang sức chọn MOPA thay vì fiber thường. Trên Creality Falcon T1, module MOPA 60W có giá cao hơn cả bốn module còn lại vì gộp khả năng khắc màu và cắt nhôm anod tới 0,5mm, so sánh chi tiết nằm trong bài review Creality Falcon T1.

Chọn máy khắc laser kim loại theo nhóm sản phẩm

Bảng dưới gom theo mặt hàng thay vì theo thông số, để anh em đối chiếu nhanh với đơn hàng đang nhận. Cùng một nhu cầu khắc laser kim loại nhưng khác mặt hàng là khác luôn loại máy nên mua.

Nếu mặt hàng của anh em chỉ nằm ở hai dòng đầu bảng, một máy diode 20W đã đủ và không cần bỏ tiền cho module hồng ngoại hay máy fiber.

Khắc laser kim loại không làm được những gì

Phần này để anh em không hứa quá với khách, vì đây là các giới hạn không vượt được bằng cách chỉnh thông số. Sáu giới hạn dưới đây đúng với mọi máy khắc laser kim loại trong tầm giá xưởng nhỏ.

• Không cắt được tấm kim loại dày, máy fiber 20W chỉ xử lý được lá mỏng cỡ 0,2mm, cắt tấm inox 1mm là việc của máy fiber cắt công nghiệp hàng trăm oát.
• Module hồng ngoại 2W không tạo được rãnh sâu, khách cần vết sờ thấy được thì phải chuyển sang fiber.
• Đồng đỏ và bạc bóng luôn khó, kể cả với máy fiber, nên phôi vụn để test là khoản bắt buộc.
• Bột phủ không bền như vết khắc trực tiếp, hàng đi ngoài trời hoặc bị chà thường xuyên thì không nên dùng cách này.
• Máy CO2 không khắc được kim loại trần dù công suất bao nhiêu, muốn dùng CO2 thì vẫn phải phủ bột.
• Vàng và bạc hấp thụ kém nên thông số của inox mang qua dùng là không ra kết quả, mỗi kim loại cần bộ thông số riêng.

Khi làm kim loại, khói và bụi kim loại độc hơn khói gỗ và cần hút mạnh hơn, phần bố trí hút khói nằm trong bài an toàn máy khắc laser. Bụi kim loại còn bám vào thấu kính nhanh hơn khói gỗ nên lịch lau thấu kính phải rút ngắn lại.

Khắc laser kim loại bị giới hạn bởi bước sóng và độ phản xạ của từng kim loại, không có bộ thông số nào vượt qua được hai yếu tố đó, nên chọn đúng loại máy từ đầu rẻ hơn nhiều so với mua rồi chỉnh.

Câu hỏi thường gặp về khắc laser kim loại

Máy diode 40W có khắc được inox trần không?

Không khắc được, vì vấn đề nằm ở bước sóng chứ không nằm ở công suất. Tăng công suất laser xanh chỉ làm nóng bề mặt và biến màu nhẹ, không tạo được vết bền.

Khắc laser kim loại bằng module hồng ngoại có cần phủ bột không?

Không cần, module hồng ngoại dùng bước sóng 1064nm nên kim loại hấp thụ trực tiếp. Phủ bột chỉ cần cho máy diode xanh và máy CO2.

Máy fiber 20W cắt được inox dày bao nhiêu?

Máy fiber cỡ 20W không phải máy cắt kim loại, giới hạn thực tế là lá nhôm khoảng 0,2mm. Cắt tấm inox cần máy fiber công nghiệp công suất từ vài trăm oát trở lên.

Vết khắc trên nhôm anod bị xám thay vì trắng là do đâu?

Nguyên nhân phổ biến là công suất quá cao làm xuyên hết lớp anod xuống nền nhôm. Hạ công suất xuống dưới 50% rồi tăng tốc độ là vết sẽ trắng lại.

Khắc màu trên inox có cần sơn hay hóa chất gì không?

Không cần, màu đến từ màng oxit dày 50 tới 200 nanomet hình thành khi bề mặt bị nung ở mức kiểm soát. Chỉ máy MOPA chỉnh được độ dài xung mới làm ổn định được việc này.

Chốt lại về khắc laser kim loại

Chọn máy theo bước sóng trước, rồi mới tính công suất. Kim loại có lớp anod hoặc lớp sơn thì máy diode 20W là đủ, kim loại trần số lượng ít thì module hồng ngoại 2W giải quyết được, còn hàng loạt hoặc cần rãnh sâu thì phải là laser fiber từ 20W trở lên.

Bước tiếp theo nên làm là lấy đúng loại phôi khách hay đặt rồi chạy một lưới test theo bảng thông số ở trên, vì mỗi lô kim loại cho kết quả hơi khác nhau. Nếu anh em đang cân nhắc đầu tư máy cho khắc laser kim loại, Meme 3D tư vấn được theo mặt hàng và số lượng thực tế của xưởng.