Thấu kính trường đóng vai trò gì trong máy khắc laser?

Trong quá trình khắc laser, gương trường đóng một vai trò cực kỳ quan trọng. Hãy cùng tìm hiểu và khám phá chức năng của nó.
1. Gương trường là gì?
Gương trường là thành phần cốt lõi trong hệ thống quang học của máy khắc laser. Nó thường được lắp đặt sau hệ thống quét gương. Nhiệm vụ chính của nó là tập trung chùm tia laser đã được gương làm lệch hướng và phản xạ thành một điểm sáng nhỏ, đậm đặc và cực kỳ nhỏ, đồng thời đảm bảo điểm sáng này tạo thành một vùng quét phẳng và không bị méo trên bề mặt cần khắc.
II. Ba Chức Năng Chính của Thấu Kính Trường
Các chức năng của thấu kính trường vượt xa hơn nhiều so với việc "tập trung". Chúng được thể hiện cụ thể ở ba khía cạnh chính sau:
Chức Năng Chính: Tập Trung Năng Lượng Laser
Đây là chức năng cơ bản nhất của thấu kính trường. Sau khi chùm tia laser đi qua bộ mở rộng chùm tia và được điều chỉnh song song, mặc dù là chùm tia song song nhưng mật độ năng lượng tương đối phân tán và không thể sử dụng trực tiếp để gia công. Thấu kính trường, thông qua thiết kế bề mặt cong chính xác của nó, hội tụ chùm tia laser song song tới thành một điểm rất nhỏ. Theo nguyên lý quang học, mật độ năng lượng tại tiêu điểm sẽ tăng theo cấp số mũ, đạt ngưỡng làm bay hơi tức thời hoặc thay đổi tính chất vật lý và hóa học trên bề mặt vật liệu, từ đó đạt được mục đích đánh dấu và khắc. Tiêu cự của thấu kính trường càng ngắn thì khả năng tập trung càng mạnh, kích thước điểm sáng càng nhỏ, mật độ năng lượng càng cao, phù hợp hơn với các công đoạn gia công tinh.
2. Chức năng chính: Đạt được quét phẳng trường
Điều này làm cho thấu kính trường khác biệt so với các thấu kính lồi thông thường. Nếu chỉ sử dụng các thấu kính thông thường, khi động cơ của gương quét lệch đi, vị trí tiêu điểm của tia laser trên mặt phẳng đánh dấu sẽ thay đổi, dẫn đến dạng hình cầu của mặt phẳng tiêu (tức là "độ cong trường"). Điều này có nghĩa là các mép của mặt phẳng đánh dấu sẽ nằm trước hoặc sau tiêu điểm, trở nên mờ và thiếu năng lượng.
Thấu kính trường, nhờ thiết kế quang học đặc biệt, có thể "là phẳng" vùng tiêu hình cầu do gương quét tạo thành thành một mặt phẳng. Dù tia laser chiếu tới thấu kính trường ở góc độ nào, nó đều có thể hội tụ chúng lên cùng một mặt phẳng. Điều này đảm bảo rằng trong toàn bộ phạm vi đánh dấu (ví dụ: 100mm x 100mm), kích thước và mật độ năng lượng của vệt sáng tại mỗi điểm đều giữ nguyên ổn định, từ đó đạt được hiệu quả đánh dấu chất lượng cao với các cạnh rõ nét và độ sâu đồng đều từ trung tâm tới vùng ngoại vi.
3. Vai trò ra quyết định: Xác định phạm vi đánh dấu và kích thước điểm
Tiêu cự của thấu kính trường trực tiếp xác định hai thông số hiệu suất chính của máy khắc laser:
Phạm vi đánh dấu: Thấu kính trường càng dài tiêu cự thì phạm vi đánh dấu càng lớn. Ví dụ, một thấu kính trường có tiêu cự 100mm có thể có phạm vi đánh dấu tối đa là 100mm x 100mm, trong khi thấu kính trường có tiêu cự 330mm có thể đạt tới 300mm x 300mm. Tuy nhiên, đi kèm với điều này là khi đánh dấu trên diện tích lớn, mật độ năng lượng sẽ tương đối thấp hơn.
Kích thước điểm: Tiêu cự thấu kính trường càng ngắn thì điểm tập trung càng nhỏ, và độ chính xác xử lý càng cao. Loại này phù hợp với việc khắc siêu tinh tế như lỗ nhỏ, mã QR và các họa tiết chi tiết. Tuy nhiên, tương ứng với đó, phạm vi đánh dấu của nó cũng nhỏ hơn.
Do đó, người dùng cần chọn độ dài tiêu cự của thấu kính trường phù hợp dựa trên kích thước và yêu cầu độ chính xác của chi tiết gia công, đồng thời cân nhắc giữa phạm vi khắc và độ chính xác gia công.
III. Các Thông Số Kỹ Thuật Chính và Hướng Dẫn Lựa Chọn Thấu Kính Trường
Việc lựa chọn thấu kính trường phù hợp là yếu tố then chốt để tối ưu hóa hiệu quả khắc:
Độ dài tiêu cự: Như đã đề cập ở trên, đây là tiêu chí chính để lựa chọn.
Tiêu cự ngắn (ví dụ F=100mm - 163mm): Phạm vi hẹp, độ chính xác cao, mật độ năng lượng cao. Phù hợp với việc khắc tinh tế các linh kiện điện tử, thiết bị y tế, trang sức, đĩa silicon, v.v.
Tiêu cự trung bình (ví dụ F=210mm - 254mm): Cân bằng tốt nhất giữa phạm vi và độ chính xác, tính đa dụng cao nhất. Phù hợp để khắc logo và số seri trên hầu hết các sản phẩm kim loại và nhựa.
Chiều dài tiêu cự dài (ví dụ F=330mm - 420mm): Phù hợp cho việc khắc trên diện rộng, hoặc khắc bề mặt cong 3D (do có độ sâu trường ảnh lớn hơn). Áp dụng được cho các bộ phận ô tô, tấm kim loại lớn, v.v.
Kích thước điểm sáng tới: Thấu kính trường có giới hạn khẩu độ tối đa. Cần đảm bảo đường kính chùm tia laser thoát ra khỏi galvanometer nhỏ hơn kích thước điểm sáng tới cho phép của thấu kính trường. Nếu không, ánh sáng ở mép sẽ bị chặn, dẫn đến mất năng lượng và biến dạng điểm sáng.
Độ sâu trường ảnh: Chỉ khoảng cách theo chiều sâu mà tại đó hình ảnh rõ nét có thể thu được trước và sau điểm tiêu cự. Độ sâu trường ảnh của thấu kính trường có tiêu cự dài lớn hơn, và yêu cầu thấp hơn về độ phẳng của bề mặt chi tiết. Do đó, phù hợp hơn khi khắc trên các bề mặt cong nhẹ có độ gồ ghề nhỏ.
Lớp phủ: Các lớp phủ chống phản xạ chất lượng cao có thể giảm đáng kể tổn thất phản xạ của tia laser trên bề mặt thấu kính, cải thiện hiệu suất sử dụng năng lượng và bảo vệ thấu kính khỏi hư hỏng do nhiệt độ cao. Lớp phủ cần được lựa chọn dựa trên bước sóng của tia laser (ví dụ: 1064nm, 10,6μm, 355nm).
IV. Bảo trì và chăm sóc thấu kính trường
Là các linh kiện quang học chính xác, thấu kính trường đòi hỏi việc bảo trì cẩn thận:
Chống ô nhiễm: Khói và các chất bắn tung tóe sinh ra trong quá trình gia công sẽ làm bẩn bề mặt thấu kính, ảnh hưởng đến độ truyền sáng và hiệu quả khắc, thậm chí có thể gây nứt thấu kính do hấp thụ nhiệt cục bộ.
Phương pháp làm sạch: Sử dụng bình thổi khí chuyên dụng, ethanol không nước và giấy lau thấu kính. Nhẹ nhàng lau thấu kính theo chuyển động xoắn ốc từ tâm ra mép.
Ngăn ngừa va chạm: Tránh mọi va chạm vật lý để phòng ngừa hư hại bề mặt quang học.

Tóm lại, mặc dù thấu kính trường có kích thước nhỏ nhưng nó là một trong những thành phần cốt lõi của hệ thống quang học trong máy khắc laser. Nó không chỉ đóng vai trò tập trung năng lượng mà còn hoạt động như một "thiết bị san phẳng" cho mặt phẳng quét, trực tiếp quyết định độ chính xác, phạm vi và tính đồng đều của quá trình khắc. Khi lựa chọn và cấu hình hệ thống khắc laser, điều thiết yếu là phải hiểu rõ nguyên lý và chức năng của thấu kính trường, chọn thấu kính phù hợp dựa trên yêu cầu ứng dụng thực tế và thực hiện bảo trì định kỳ. Đây là bước không thể thiếu để đảm bảo thiết bị vận hành ở hiệu suất tối ưu và đạt được kết quả gia công hoàn hảo.