Máy khắc laser được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành nghề hiện nay với đa dạng ứng dụng như nhận dạng sản phẩm, truy xuất nguồn gốc, cá nhân hoá (trang sức, quà tặng, mỹ phẩm, rượu, v.v.), khắc biển báo. Những dấu khắc này có độ bền cao theo thời gian và chịu được môi khắc nghiệt trong các ngành công nghiệp nặng, hoặc phù hợp với các ngành như sản xuất ô tô và thiết bị y tế, v.v.

Nếu bạn đang cân nhắc áp dụng công nghệ khắc laser vào dây chuyền của mình, bạn nên hiểu cách máy khắc laser vận hành. Khi đó việc lựa chọn thiết bị phù hợp nhất với nhu cầu sẽ dễ dàng hơn.

Các loại máy khắc laser phổ biến hiện nay

Máy khắc laser là một thiết bị thực hiện quá trình khắc các thiết kế, chữ, số hoặc code 1D, 2D lên vật liệu bằng tia laser, tạo ra những đường cắt và đường khắc có độ chính xác cao trên nhiều loại vật liệu như kim loại, gỗ, thủy tinh, v.v. Bộ phận quan trọng nhất của máy khắc laser là nguồn laser và thấu kính, có nhiệm vụ tạo và hội tụ chùm tia sáng đủ mạnh để khắc lên vật liệu.

Trên thị trường hiện nay có nhiều loại máy khắc laser, nhưng mỗi loại lại phù hợp với các ứng dụng khác nhau, dưới đây là các loại máy khắc laser phổ biến:

• Máy khắc laser sợi quang (Fiber laser markers):

Đây là dòng máy khắc laser linh hoạt nhất nhờ khả năng đáp ứng đa dạng ứng dụng, từ sản xuất ô tô đến các ngành an ninh và y tế. Máy khắc laser sợi quang chủ yếu dùng để khắc trên kim loại và nhựa. Thiết bị có độ bền cao và không cần sử dụng vật tư tiêu hao trong quá trình khắc.

• Máy khắc laser CO₂ (CO₂ laser markers):

Phù hợp với các dây chuyền có cường độ cao và khắc nhãn trên bao bì. Máy khắc nhanh và không sử dụng vật tư tiêu hao. Trong môi trường tự động hoá, một số dòng máy khắc như máy khắc laser CO2 của Gravotech có thể đạt đến tốc độ quét 10.000mm/giây.

• Máy khắc laser xanh (Green laser marker):

Laser xanh, còn được gọi là laser “lạnh”, thực hiện khắc mà không tạo ra nhiệt gây hư hại vật liệu nhạy cảm hoặc dễ vỡ. Dòng máy này được sử dụng để khắc trên kim loại quý như vàng, đồng và bạc. Ngoài ra, chúng còn thích hợp cho khắc linh kiện điện tử, thẻ từ, bảng mạch PCB, chip máy tính và màng foil.

• Máy khắc laser Vanadate (Vanadate laser markers):

Loại laser này phù hợp để khắc các vật liệu nhạy nhiệt như màng foil, nhựa, silicon và kim loại. Đây là lựa chọn phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ ổn định và tính nhất quán cao. Nếu xét về khắc trong môi trường công nghiệp (nhất là khắc lên kim loại, cho ô tô, sản xuất công cụ cơ khí, công nghiệp hỗ trợ) thì fiber laser có lợi thế hơn.

• Máy khắc laser UV (UV laser markers):

Máy khắc UV được dùng để khắc trên nhiều loại vật liệu, đặc biệt trong các ứng dụng vùng khắc không quy định nhiệt độ cao. Máy có thể khắc nhựa, cũng như khắc kính với khả năng giảm thiểu rủi ro nứt vi mô. Chùm tia UV mang lại khả năng khắc siêu vi với độ chính xác cao và hình khắc sắc nét.

• Hệ thống laser hai đầu (Dual-head laser system):

Hệ thống này cho phép điều khiển hai đầu laser từ một bộ điều khiển duy nhất. Nhờ đó, công suất xử lý được tăng gấp đôi trong các ứng dụng lặp lại, giúp tăng năng suất và tiết kiệm không gian.

Nguyên lý hoạt động của công nghệ khắc laser

Khắc laser hoạt động bằng cách hội tụ nhiệt lượng cực lớn từ tia laser hoặc phản ứng quang hóa lên bề mặt vật liệu để tạo thành hoa văn. Tùy theo loại laser và đặc tính vật liệu, quá trình khắc có thể diễn ra theo các cơ chế khác nhau như loại bỏ vật liệu, đổi màu, carbon hóa, tạo bọt trên bề mặt hoặc phản ứng quang hóa. Máy khắc laser có thể được lập trình để tạo các thiết kế như ký tự, chữ số hoặc logo. Các dấu khắc có độ bền cao, không bị mờ ngay cả trong môi trường khắc nghiệt.

Công nghệ này hoạt động nhờ vào các bước tiến của công nghệ laser. “Laser” là từ viết tắt của Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích). Máy khắc laser tập trung chùm tia đến mức năng lượng cần thiết để khắc lên bề mặt vật liệu.

Để máy khắc laser hoạt động chính xác, cần đảm bảo 3 yếu tố:

• Chọn bước sóng phù hợp: Bước sóng cần phù hợp với phổ hấp thụ của vật liệu, ví dụ laser CO₂ cho phi kim; fiber/green/UV cho kim loại hoặc nhựa.
• Tập trung (Concentration): Tia laser phải được hội tụ vào một điểm rất nhỏ để tăng mật độ năng lượng.
• Năng lượng (Energy): Tia laser phải đạt đủ năng lượng để biến bề mặt vật liệu từ trạng thái rắn sang khí, quá trình này gọi là thăng hoa (sublimation). Thăng hoa đòi hỏi nhiệt độ cực kỳ cao để khắc vật liệu, đặc biệt là các vật liệu cứng như kim loại.
• Điều hướng (Direction): Chuyển động của tia laser phải được điều khiển tỉ mỉ để đảm bảo độ chính xác khi khắc.

Những vật liệu có thể khắc bằng laser

Công nghệ khắc laser có thể ứng dụng trên nhiều loại vật liệu khác nhau, chẳng hạn như:

1. Kim loại (Metal)

Kim loại là vật liệu phổ biến nhất trong công nghệ khắc laser nhờ tính đa dụng. Những kim loại phù hợp để khắc laser gồm:

• Vàng (Gold)
• Titan (Titanium)
• Đồng (Copper)
• Đồng thau (Brass)
• Thép không gỉ (Stainless steel)
• Thép (Steel)
• Nhôm (Aluminum)
• Sắt (Iron)
• Bạc (Silver)
• Các loại kim loại khác

2. Gỗ (Wood)

Gỗ rất hiệu quả cho việc khắc laser và có thể tạo ra thành phẩm sắc nét, tinh xảo. Kỹ thuật này phù hợp với nhiều loại gỗ như:

• Gỗ tự nhiên
• Gỗ bần (Cork)
• Veneer
• Gỗ nguyên khối (Solid wood)
• Gỗ plywood
• Ván dăm (Chipboard)
• Ván MDF mật độ cao (HDF – High-density fiberboard)
• Ván MDF mật độ trung bình (MDF – Medium-density fiberboard)
• Gỗ ghép nhiều lớp (Multiplex)

3. Giấy (Paper)

Laser có thể tạo dấu khắc trên nhiều loại giấy cho nhiều mục đích khác nhau. Công nghệ này mang lại sự thẩm mỹ cao khi ứng dụng trên name card hoặc các sản phẩm giấy khác. Các loại giấy tương thích gồm: giấy bìa cứng, giấy mỹ thuật, giấy cao cấp.

4. Da (Leather)

Da có phản ứng rất tốt với khắc laser, nhờ vậy cực kỳ phù hợp để tạo logo, nhãn hiệu và các ký tự trên thắt lưng, giày dép, túi xách, áo khoác da, ví và nhiều sản phẩm da khác. Khắc laser có thể ứng dụng cho nhiều loại da như:

• Da lộn (Suede)
• Da tự nhiên (Natural)
• Da tổng hợp (Synthetic)
• Da ghép (Bonded)
• Da Nubuck
• Alcantara
• Da mài nhám (Napped)
• Da nguyên tấm (Full-grain)

5. Nhựa (Plastic)

Nhờ sự đa dạng của các công nghệ và máy laser hiện nay, khắc laser trên nhựa ngày càng phổ biến. Một số vật liệu nhựa tương thích gồm:

• Polyethylene
• Silicone
• Vinyl
• Acrylic
• Polycarbonate
• Polyester

6. Kính (Glass)

Khắc laser trên kính phù hợp cho nhiều sản phẩm như gương, cửa kính, ly rượu vang, ly champagne, pha lê và chai thủy tinh. Khi sử dụng bộ phận quay (rotary attachment), quá trình khắc trở nên đơn giản hơn. Thành phẩm khắc laser tạo điểm nhấn độc đáo, thích hợp cho quà tặng và các dịp đặc biệt. 

7. Đá (Stone)

Công nghệ khắc laser cũng được sử dụng trong các ngành công nghiệp làm việc với đá. Các vật liệu liên quan như gốm sứ, gạch, sứ porcelain, đá cẩm thạch (marble), đá granite và đá tự nhiên đều có thể khắc laser. Với thiết lập phù hợp, người dùng có thể tạo khắc lõm, khắc nổi hoặc loại bỏ phần không cần thiết trên bề mặt (laser ablation), logo hoặc hình ảnh trên sản phẩm đá.

Ứng dụng của máy khắc laser

Máy khắc laser được sử dụng trong nhiều ứng dụng và trên nhiều loại vật liệu trong sản xuất:

Nhôm: Thường dùng trong công nghiệp ô tô và quốc phòng để đánh dấu linh kiện cần nhận diện lâu dài. Có thể dùng máy khắc laser Fiber, UV hoặc Vanadate.

Thép không gỉ: Tất cả các loại thép không gỉ đều có thể khắc laser. Có thể thay đổi màu bề mặt mà không làm ảnh hưởng cấu trúc kim loại.

Titan: Được dùng trong hàng không, quốc phòng vì nhẹ và bền. Hầu hết các loại máy laser đều có thể khắc được.

Thủy tinh: Chất liệu này rất khắt khe khi gia công, nên sử dụng máy khắc laser CO₂ hoặc UV phù hợp nhất để tránh nứt vỡ.

Gỗ: Chỉ laser CO₂ an toàn và cho ra thành phẩm chất lượng tốt. Nếu sử dụng Laser fiber có thể gây cháy và dấu khắc không đều.

Nhựa: Dành cho các chi tiết từ acrylic hoặc PVC, sử dụng laser CO₂ và UV giúp tránh trầy xước.

Thời gian thực hiện một chu kỳ khắc laser là bao lâu? 

Thời gian thực hiện khắc laser phụ thuộc vào vật liệu và kích thước của sản phẩm cần khắc, các ứng dụng khó hoặc với vật liệu cứng có thể cần nhiều thời gian hơn. Thiết kế rất phức tạp có thể mất đến vài phút, tùy thuộc vào thiết kế cần khắc, vật liệu và công suất laser. Sử dụng laser công suất cao hơn có thể giúp dự án khắc nhanh hơn.

Trong một dự án, nếu máy khắc laser được tích hợp vào dây chuyền sản xuất sẽ giúp năng suất công việc hoàn thành nhanh hơn so với việc chuyển đổi giữa nhiều thiết kế cho các dự án khác nhau. Tuy nhiên, có nhiều dự án cần một máy khắc có thể tuỳ chỉnh theo nhu cầu thực tế, giúp bạn hoàn thành dự án nhanh hơn và hiệu quả hơn.

Ví dụ như các dòng Máy khắc laser của Gravotech có thể tuỳ chỉnh theo bài toán yêu cầu, được thiết kế nhỏ gọn và hợp nhất, thời gian khắc nhanh nhờ ống kính 3D được tối ưu hóa và công suất khắc lớn với độ lệch vị trí thấp.

Khắc laser có dễ bị mờ không?

Khắc laser sẽ không dễ bị mờ vì hình khắc đã được cắt cố định trên bề mặt sản phẩm. Còn các phương pháp đánh dấu sản phẩm khác như in (printed labels), có thể trở nên khó đọc, chi phí vật tư tiêu hao như mực in và giấy có thể tăng lên.

Ngược lại, khắc laser mang lại những lợi ích như khả năng truy xuất nguồn gốc vĩnh viễn và loại bỏ vật tư tiêu hao. Việc chuyển đổi từ in hoặc phun (inkjet labels) sang khắc laser là phù hợp để việc nhận dạng sản phẩm, mã QR và các dấu hiệu nhận dạng khác luôn dễ đọc.

Việc loại bỏ hình khắc bằng laser sẽ rất khó kể cả bạn có chà nhám hoặc đốt cháy vì chúng bền bỉ ngay cả trong những môi trường khắc nghiệt, rất phù hợp cho việc chống hàng giả. Do đó bạn nên cân nhắc kỹ về vị trí và kích thước cần khắc để tránh việc phải bỏ sản phẩm lỗi, gây tiêu hao vật tư.

Cách lựa chọn máy khắc laser phù hợp

Dưới đây là các yếu tố bạn cần cân nhắc để lựa chọn được một loại máy khắc phù hợp với bài toán của mình:

1. Vật liệu cần khắc

Đây là yếu tố đầu tiên và quan trọng nhất vì vật liệu khắc sẽ quyết định loại nguồn laser phù hợp.

2. Bài toán khắc

Mỗi yêu cầu khắc khác nhau cũng yêu cầu nguồn khắc laser khác nhau. Dưới đây là một số yêu cầu khắc phổ biến:

3. Công suất và độ rộng xung

Lựa chọn công suất và độ rộng xung phù hợp sẽ giúp tăng hiệu quả khắc của bạn

• Công suất trung bình (Average power): quyết định tốc độ khắc.
• Công suất đỉnh (Peak power): ảnh hưởng đến khả năng loại bỏ vật liệu (ablation). Một số loại vật liệu như kim loại cần chọn máy khắc có công suất đỉnh cao hơn, trong khi vật liệu như da hay gỗ không cần công suất đỉnh quá cao.
• Độ rộng xung (Pulse duration):

Nanosecond (ns): phổ biến nhất, giá tốt, dùng cho khắc thông thường.

Picosecond (ps): ít vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ), khắc tinh xảo.

Femtosecond (fs): “laser lạnh” thật sự, không để lại HAZ, dùng cho vật liệu siêu nhạy.

Đa phần các loại nguồn laser có độ rộng xung cố định theo tiêu chuẩn công nghiệp, chỉ một số dòng có thể điều chỉnh độ rộng xung như Fiber MOPA, Green, UV.

4. Kích thước vùng khắc

Vùng khắc được quyết định bởi thấu kính hội tụ (F-Theta lens). Ví dụ thấu kính F100 cho vùng khắc 65mm x 65mm, trong khi thấu kính F254 cho vùng khắc 175mm x 175mm. Vùng khắc càng lớn thì điểm tia càng to và độ nét càng giảm, do đó bạn nên cân nhắc lựa chọn tùy theo yêu cầu khắc, phù hợp kích thước sản phẩm, tránh chọn vùng khắc quá lớn.

5. Độ chính xác và tốc độ

Độ chính xác của máy khắc phụ thuộc galvanometer, phần mềm đồng bộ xung – vận tốc, và hiệu chỉnh F-Theta. Tốc độ khắc cũng khác nhau tùy vào nguồn laser và model máy khắc của từng hãng. Bạn nên chọn máy khắc có tốc độ khắc cao với các ứng dụng cần khắc nhanh và liên tục (trong dây chuyền sản xuất hàng loạt), hoặc cân nhắc chọn máy khắc ưu tiên về độ chính xác cao nếu cần khắc các vật liệu nhỏ và nhạy cảm với tác động.

6. Phần mềm và giao tiếp

Phần mềm máy khắc cần hỗ trợ các nhu cầu thiết kế - khắc cơ bản: (như Import DXF, PLT, AI, BMP, QR, DataMatrix, v.v), điều chỉnh được tần số xung, hatch, overlap, số pass, defocus v.v.

Máy khắc cũng cần hỗ trợ giao tiếp công nghiệp như EtherNet/IP, Profinet, RS232, Modbus nếu tích hợp với PLC/robot.

7. Hệ thống phụ trợ

• Một số hệ thống phụ trợ cho máy khắc phổ biến:
• Hệ thống khí trợ (Air/N₂/O₂): Giúp thổi sạch vùng khắc, giảm cháy đen, nâng cao chất lượng khắc.
• Hệ thống làm mát (water/air cooling): Giữ mức nhiệt ổn định cho laser, giúp đảm bảo tuổi thọ cho nguồn laser.
• Máy hút bụi/mạt khắc: Giúp hút các bụi mạt trong quá trình khắc, hút khói, bảo vệ thấu kính.  
• Camera vision: căn chỉnh vị trí, kiểm tra OK/NG dấu khắc, v.v.

8. Chi phí đầu tư, hiệu quả vận hành và bảo trì bảo dưỡng

Dòng Fiber có chi phí đầu tư cao nhưng tiết kiệm trong quá trình vận hành (không vật tư tiêu hao) và gần như không cần bảo trì. Dòng CO₂ rẻ hơn nhưng tuổi thọ ngắn hơn, sẽ cần thay ống định kì. Dòng UV/Green có tuổi thọ trung bình, giá cao, phù hợp với các ứng dụng có yêu cầu vật liệu cụ thể cần công nghệ khắc phù hợp.

Trước khi mua máy khắc laser bạn nên cân nhắc kỹ các yếu tố cần thiết như vật liệu khắc, bài toán khắc, công suất, độ rộng xung, hệ thống hỗ trợ, v,v. Nếu bạn mua máy có ít hoặc nhiều công năng hơn mức bạn cần, sẽ làm thất thoát chi phí, để an toàn tôi khuyên bạn nên nhận tư vấn từ đội ngũ kỹ thuật nhiều kinh nghiệm để lựa chọn loại máy phù hợp với nhu cầu sản xuất.

Việc đầu tư máy khắc laser không chỉ dừng lại ở việc đánh dấu sản phẩm, mà còn liên quan trực tiếp đến chất lượng truy xuất nguồn gốc, tối ưu năng suất và giảm chi phí vận hành lâu dài. Hiểu rõ vật liệu, ứng dụng và tiêu chí kỹ thuật sẽ giúp doanh nghiệp lựa chọn được hệ thống phù hợp, tránh lãng phí công suất hoặc phải thay đổi thiết bị sau này.