Laser MOPA là gì?

Laser MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) là một dạng laser sợi quang cho phép kiểm soát chi tiết hơn các đặc tính của xung laser. Công nghệ MOPA có thể điều chỉnh độ rộng, tần số và năng lượng xung, mang lại khả năng kiểm soát tia laser vượt trội so với các dòng laser thông thường. 

Một hệ thống laser MOPA gồm hai thành phần chính: bộ tạo dao động (master oscillator) và bộ khuếch đại công suất (power amplifier). Bằng cách điều khiển điện tử từ bộ dao động, người vận hành có thể tinh chỉnh độ rộng xung từ vài nano giây cho đến hàng trăm nano giây.

Khả năng thay đổi xung linh hoạt này giúp laser MOPA đa năng hơn rất nhiều so với laser fiber có thông số cố định. Bên cạnh đó, laser MOPA cũng khác với laser UV về bước sóng: laser MOPA hoạt động ở khoảng 1064 nm, trong khi laser UV thường sử dụng bước sóng ngắn hơn, khoảng 355 nm. Sự khác biệt này ảnh hưởng trực tiếp đến vết khắc trên vật liệu.

Laser MOPA thường được ứng dụng trong các lĩnh vực đòi hỏi gia công vật liệu chính xác cao, bao gồm:

• Khắc độ tương phản cao
• Khắc màu trên kim loại
• Đánh dấu vĩnh viễn, chống ăn mòn
• Khắc sâu

Laser sợi quang MOPA hoạt động như thế nào?

Laser sợi quang MOPA bao gồm các thành phần tạo xung ánh sáng và khuếch đại xung đó thành chùm tia có công suất đủ để khắc. Chùm tia laser có thể phát ra xung ngắn hoặc xung dài, tạo ra hiệu ứng khắc mong muốn.

Bộ tạo xung (Seed Pulse Generator)

Quá trình khắc bắt đầu tại bộ tạo xung gốc, nơi tạo ra xung ánh sáng ở bước sóng xác định. Xung này có công suất thấp, nhưng các thông số như độ rộng xung, khoảng cách giữa các chu kỳ xung và mức năng lượng đều được kiểm soát rất chính xác.

Điều khiển điện tử các thông số xung

Sau khi xung ban đầu được tạo ra, nó sẽ đi qua hệ thống điều khiển điện tử. Tại đây, kỹ sư có thể điều chỉnh:

• Độ rộng xung: cho phép tạo xung ngắn hoặc xung dài, từ vài nano giây đến vài trăm nano giây
• Tần số lặp xung: quyết định mật độ phát xung, ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ khắc và lượng nhiệt tích tụ
• Công suất đỉnh: xác định mức năng lượng tập trung trong mỗi xung, quyết định việc laser chỉ tác động bề mặt hay có thể ăn sâu vào vật liệu

Bộ khuếch đại

Sau khi xung được tạo và thiết lập thông số, nó sẽ đi qua bộ khuếch đại sợi quang. Bộ khuếch đại này làm tăng năng lượng của xung nhưng vẫn giữ nguyên các đặc tính xung (các thông số đã được cài đặt trước đó) được kiểm soát chặt chẽ.

Phát chùm tia laser công suất cao

Sau khi khuếch đại, chùm tia được dẫn qua hệ thống truyền dẫn sợi quang đến đầu khắc. Các linh kiện quang học sẽ định hướng và hội tụ tia laser với độ chính xác cao. Và tất cả các thông số đã được điều chỉnh từ trước sẽ cho ra vết khắc như yêu cầu.

Mức độ tương tác giữa laser và vật liệu phụ thuộc vào độ rộng xung được lựa chọn. Ví dụ:

• Xung ngắn sẽ tập trung năng lượng trong thời gian rất ngắn, và tạo ra công suất rất cao
• Xung dài sẽ tăng tác động nhiệt vào vật liệu, có thể tạo hiệu ứng khắc màu

Ưu điểm của laser MOPA là gì?

Những ưu điểm nổi bật của laser MOPA đến từ khả năng thay đổi linh hoạt các thông số xung và kiểm soát chính xác năng lượng laser theo yêu cầu của từng ứng dụng cụ thể.

Độ rộng xung có thể điều chỉnh

Điểm mạnh cốt lõi của laser MOPA nằm ở khả năng tùy chỉnh độ rộng xung. Hệ thống cho phép người vận hành chuyển đổi linh hoạt giữa xung ngắn và xung dài. Nhờ đó với cùng một máy khắc có thể khắc trên vỏ nhựa mỏng với lượng nhiệt đủ, đồng thời có thể khắc sâu trên thép đã tôi cứng.

Khắc trên nhựa

Nhiệt lượng quá lớn khi khắc nhựa dễ gây ra hiện tượng sủi bọt, chảy nhựa hoặc biến dạng bề mặt. Với khả năng kiểm soát chính xác độ rộng xung và mức năng lượng khắc vừa đủ, laser MOPA có thể tạo ra dấu khắc sắc nét, độ tương phản cao mà không làm hỏng bề mặt vật liệu.

Trong các ngành sử dụng nhiều chi tiết nhựa như vỏ thiết bị dụng cụ y tế, việc khắc bằng laser MOPA đảm bảo các dấu nhận diện bền, rõ và vẫn dễ đọc sau quá trình sử dụng thường xuyên hoặc được tiệt trùng.

Khắc đen và khắc màu

Laser MOPA có thể được tinh chỉnh để kiểm soát lớp oxy hóa trên bề mặt thép không gỉ hoặc nhôm anod, và tạo ra vết khắc đen hoặc thậm chí là hiệu ứng màu trên bề mặt sản phẩm.

Những dấu khắc này có tính thẩm mỹ cao và khó phai theo thời gian, rất phù hợp cho mục đích nhận diện thương hiệu hoặc tạo điểm khác biệt cho sản phẩm.

Dấu khắc chống ăn mòn

Truy xuất nguồn gốc chỉ thực sự có ý nghĩa khi dấu khắc vẫn rõ ràng trong suốt vòng đời sản phẩm. Laser MOPA tạo ra các dấu khắc chống ăn mòn bằng cách hạn chế tối đa vi nứt hoặc tổn hại bề mặt, những yếu tố có thể làm suy giảm lớp phủ bảo vệ.

Khắc rõ nét

Trong ngành ô tô, nhiều chi tiết như công tắc, bảng điều khiển, cụm nút chức năng yêu cầu chi tiết khắc phải dễ nhìn cả ban ngày lẫn khi có đèn vào ban đêm. Các chi tiết này cần đảm bảo độ rõ nét trong điều kiện ánh sáng tự nhiên cũng như ánh sáng chiếu từ đèn.

Nhờ khả năng kiểm soát chính xác tia khắc, laser MOPA có thể tạo ra các dấu khắc đáp ứng tốt cả hai điều kiện trên, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm đầu ra cho các nhà cung cấp linh kiện ô tô và mang lại trải nghiệm sử dụng ổn định cho người dùng.

Đảm bảo tính toàn vẹn của vật liệu khi khắc

Với xung ngắn và công suất cao, laser MOPA có thể đạt được hiệu ứng thường được gọi là khắc nguội (cold marking). Năng lượng tia laser được tập trung trong thời gian rất ngắn, khiến nhiệt không kịp lan ra khu vực xung quanh. Điều này giúp giảm thiểu nguy cơ cong vênh, đổi màu hoặc phát sinh vi nứt, đặc biệt quan trọng khi gia công nhựa mỏng, kim loại có lớp phủ hoặc linh kiện điện tử.

Khắc sâu nhanh hơn

Khi sử dụng xung dài, laser MOPA có thể truyền năng lượng ổn định để ăn sâu vào vật liệu với số lượt quét ít hơn. Tính linh hoạt này giúp laser MOPA rất hiệu quả trong các ứng dụng khắc công nghiệp như dụng cụ, chi tiết cơ khí chịu tải lớn. Quá trình khắc diễn ra nhanh hơn mà vẫn giữ được chất lượng mép khắc và bề mặt hoàn thiện.

Các hạn chế của laser MOPA

Dù laser MOPA mang lại nhiều lợi thế vượt trội về khả năng kiểm soát xung và chất lượng khắc, công nghệ này vẫn tồn tại một số giới hạn nhất định mà người dùng cần cân nhắc khi lựa chọn:

Trước hết, cấu hình hệ thống MOPA phức tạp hơn so với laser fiber tiêu chuẩn. Việc khai thác tối đa ưu điểm của MOPA đòi hỏi người vận hành hoặc kỹ sư ứng dụng phải hiểu rõ mối quan hệ giữa độ rộng xung, tần số, công suất đỉnh và vật liệu. Nếu không được thiết lập đúng, rất dễ rơi vào tình trạng “có MOPA nhưng không dùng đúng MOPA”.

Thứ hai, laser MOPA không phù hợp với vật liệu hữu cơ như gỗ, da, giấy hay một số polymer mềm – những vật liệu này thường phù hợp hơn với laser CO₂. Trong các ứng dụng khắc phi kim, MOPA không phải là lựa chọn tối ưu về hiệu quả lẫn chi phí.

Ngoài ra, chi phí đầu tư ban đầu của hệ thống MOPA thường cao hơn laser fiber xung cố định, đặc biệt là các dòng MOPA có dải điều chỉnh xung rộng và công suất cao. Điều này khiến MOPA phù hợp hơn với các nhà máy có yêu cầu kỹ thuật rõ ràng, thay vì các ứng dụng khắc đơn giản, phổ thông.

So sánh laser MOPA với các công nghệ khắc khác

Ứng dụng công nghiệp của laser sợi quang MOPA

Hệ thống laser MOPA được sử dụng cho nhiều mục đích đánh dấu vĩnh viễn trong các ngành công nghiệp khác nhau như:

Khắc thiết bị y tế

Trong lĩnh vực y tế, khả năng truy xuất nguồn gốc và độ bền của dấu khắc là yếu tố rất quan trọng. Các dụng cụ phẫu thuật, implant và thiết bị chẩn đoán cần mã nhận dạng thiết bị duy nhất (UDI) và phải luôn rõ ràng trong suốt vòng đời sản phẩm. Các phương pháp khắc truyền thống có thể làm tổn hại bề mặt, dẫn đến nguy cơ mòn hoặc hư hỏng chi tiết khắc trong quá trình tiệt trùng.

Laser MOPA khắc phục vấn đề này bằng cách tạo ra vết khắc có độ tương phản cao, chống ăn mòn, đồng thời vẫn bảo vệ lớp bề mặt vật liệu. Trên các dụng cụ phẫu thuật bằng thép không gỉ, laser MOPA có thể tạo dấu khắc đen rõ nét mà hầu như không gây ra vi nứt hay độ nhám, vì những yếu tố này có thể trở thành nơi tích tụ vi khuẩn.

Hàng không vũ trụ và quốc phòng

Các ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ và quốc phòng đòi hỏi dấu khắc phải chịu được nhiệt độ cao, rung động mạnh và sử dụng môi trường khắc nghiệt. Số seri và mã định danh linh kiện cần đảm bảo độ bền trong suốt thời gian sử dụng dài hạn.

Ngành ô tô

Ngành ô tô có đặc thù là số  lượng sản phẩm lớn nên việc đánh dấu cũng rất đa dạng. Từ số khung xe (VIN), mã linh kiện cho đến các nút điều khiển giao diện người dùng đều đòi hỏi vết khắc chính xác.

Laser MOPA có khả năng khắc sâu, bền vững đối với mã VIN, xử lý bề mặt tinh tế cho các nút bấm, công tắc có đèn nền. Khả năng “hai trong một” này giúp nhà sản xuất tối ưu dây chuyền, chỉ cần một loại laser để đáp ứng nhiều chức năng khác nhau.

Xây dựng và nhà ở

Thiết bị và vật liệu trong lĩnh vực xây dựng, nhà ở thường cần đánh dấu để phục vụ truy xuất nguồn gốc, tuân thủ tiêu chuẩn và đảm bảo an toàn. Các kết cấu thép, chi tiết máy hạng nặng hay bảng nhận dạng phải chịu được điều kiện ngoài trời và việc mài mòn khi sử dụng.

Laser MOPA tạo ra các dấu khắc bền, chịu được thời tiết khắc nghiệt trên thép, nhôm và kim loại có lớp phủ. Quá trình khắc hạn chế việc biến dạng nhiệt, giúp dấu khắc luôn sắc nét ngay cả trên vật liệu dày hoặc đã xử lý bề mặt.

Quốc phòng và an ninh

Ngành vũ khí và đạn dược yêu cầu các dấu khắc vĩnh viễn, không thể can thiệp, nhằm đáp ứng quy định pháp lý, quản lý số seri và nhận diện thương hiệu. Laser MOPA có thể tạo ra các dấu nhận dạng tương phản cao, chống ăn mòn trên thép, nhôm và cả vật liệu polymer dùng trong súng.

Độ chính xác cao cho phép khắc vi mô các logo hoặc số seri chi tiết mà vẫn giữ nguyên độ bền và tính toàn vẹn của nòng súng, thân súng hoặc vỏ đạn.

Hàng tiêu dùng

Laser MOPA có thể khắc màu trên nhiều loại vật liệu, tạo logo, hình ảnh và các chi tiết trang trí. Khả năng điều chỉnh độ rộng xung giúp giảm tác động lên vật liệu, phù hợp cho cả mục đích kỹ thuật lẫn branding.

Thực phẩm và bao bì

Ngành thực phẩm và bao bì yêu cầu các dấu khắc không độc hại, rõ ràng, dùng cho mã lô, hạn sử dụng và truy xuất nguồn gốc. Quy trình khắc không tiếp xúc, không dùng mực của laser MOPA giúp loại bỏ nguy cơ nhiễm hóa chất trên nhựa và kim loại có phủ bề mặt.

Việc lựa chọn đúng hệ thống laser MOPA, đúng cấu hình và thông số vận hành sẽ giúp doanh nghiệp khai thác tối đa lợi thế công nghệ, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật ngày càng khắt khe của thị trường. Temas hiện là nhà phân phối chính hãng các sản phẩm máy khắc của Gravotech tại thị trường Việt Nam. Quý khách vui lòng liên hệ Temas để nhận được tư vấn chi tiết về sản phẩm và giải pháp phù hợp nhất cho từng nhu cầu ứng dụng cụ thể.