Tiểu luận gia công cơ khí " Phương pháp gia công bằng tia laser "

Chia sẻ: nhatnhoa90

Laser nghĩa là quá trình khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức. Laser được sử dụng như là một dụng cụ phát ra tia năng lượng tập trung rất mạnh mà trong tương lai gần trong một số lĩnh vực nào đó, nó là một cuộc cách mạng kỹ thuật trong gia công kim loại. Hiện tại thì có thể sử dụng thành công trong việc gia công siêu tinh, trong công nghệ hàn những điểm rất nhỏ và trong luyện kim. Gia công chùm tia laser là quá trình xử lý nhiệt trong đó tia laser được dùng làm nóng chảy và...

Bạn đang xem 10 trang mẫu tài liệu này, vui lòng download file gốc để xem toàn bộ.

Nội dung Text: Tiểu luận gia công cơ khí " Phương pháp gia công bằng tia laser "

Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3

BÀI THUYẾT TRÌNH
NHÓM 3
Các thành viên:
1. Nguyễn Văn Đoàn
2.




CHỦ ĐỀ : PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG TIA LASER

MỤC LỤC :


I.Khái Niệm và Các Tia Laser Đầu Tiên
II.Nguyên Lý Gia Công
III.Thiết Bị và Dụng Cụ
IV.Thông Số kỹ Thuật và Khả Năng Công Nghệ.
V.Đặc Điểm và Dụng Cụ.




Page 1
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3

I. KHÁI NIỆM & CÁC TIA LASER ĐẦU TIÊN

I.1.KHÁI NIỆM:
Laser nghĩa là quá trình khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức. Laser được sử
dụng như là một dụng cụ phát ra tia năng lượng tập trung rất mạnh mà trong tương lai
gần trong một số lĩnh vực nào đó, nó là một cuộc cách mạng kỹ thuật trong gia công
kim loại. Hiện tại thì có thể sử dụng thành công trong việc gia công siêu tinh, trong công
nghệ hàn những điểm rất nhỏ và trong luyện kim. Gia công chùm tia laser là quá trình xử
lý nhiệt trong đó tia laser được dùng làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu.
Máy tia laser là máy cắt bằng tia sáng hoạt động theo chế độ xung. Năng lượng xung
của nó không lớn, nhưng nó được hội tụ trong một chùm tia có đường kính khoảng 0.01
mm và phát ra trong khoảng thời gian một phần triệu giây tác động vào bề mặt chi tiết
gia công, nung nóng, làm chảy và bốc hơi vật liệu. Tia sáng ấy được gọi là tia laze, viết
tắt theo tiếng Anh là LASER (light Amplification Simulated Emission of Radiation) và
thường dịch nghĩa tiếng việt là máy phát lượng tử ánh sáng.


I.2.MỘT SỐ TIA LASER ĐẦU TIÊN:
Tia laser đầu tiên được phát minh vào tháng 5 năm 1960 bởi Maiman. Nó là loại laser
hồng ngọc (rắn). Nhiều loại laser đã được phát minh ngay sau laser hồng ngọc – laser
uranium đầu tiên bởi phòng thí nghiệm IBM (tháng 11 năm 1960), laser khí Helium-Neon
đầu tiên bởi Phòng thí nghiệm Bell vào năm 1961, laser bán dẫn đầu tiên bởi Robert Hall
ở phòng thí nghiệm General Electric năm 1962, laser khí CO2 và Nd:YAG đầu tiên bởi
phòng thí nghiệm Bell năm 1964, laser hóa năm 1965, laser khí kim loại năm 1966,…
Điều này cho thấy nhiều loại có thể tạo ra laser.
Để sử dụng gia công vật liệu, laser phải có đủ năng lượng. Người ta thường dùng các
laser sau để gia công vật liệu: laser CO2, laser Nd-YAG hoặc laser Nd-thủy tinh và laser
excimer. Trong lĩnh vực gia công kim loại thường dùng laser rắn vì công suất chùm tia
tương đối lớn và có kết cấu thuận tiện.




Page 2
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3



II. NGUYÊN LÝ GIA CÔNG BĂNG CHUM TIA LASER
̀ ̀

May gia công băng chum tia laser được chế tao vao năm 1960, và ngay nay phương
́ ̀ ̀ ̣ ̀ ̀
phap nay thực sự có giá trị trong gia công cơ khi.
́ ̀ ́
Tư laser là viêt tăt cac chữ đâu cua cac tư “Light Amplification by Stimulated Emission
́ ́ ́ ̀ ̉ ́
of Radiation” – Sự khuyêt đai anh sang băng bức xạ cua chât phong xa. Loai vât liêu có
́ ̣ ́ ́ ̀ ̉ ́ ́ ̣ ̣ ̣ ̣
thể gia công được lam tư tia laser không phụ thuôc vao độ dai song. Năng lượng cua
̀ ̣ ̀ ̀ ́ ̉
chum tia laser tâp trung vao phân nhỏ cua chum tia laser lam cho phân vât liêu đó bay hơi
̀ ̣ ̀ ̀ ̉ ̀ ̀ ̀ ̣ ̣
đi. May gia công băng tia laser được sử dung trong khoan, xẻ ranh, căt, tao hinh…
́ ̀ ̣ ̃ ́ ̣ ̀
Gia công băng chum tia laser là quá trinh xử lý nhiêt trong đó tia laser được dung lam
̀ ̀ ̀ ̣ ̀ ̀
nong chay và bôc hơi vât liêu. Nguyên lý hoat dông cua chum tia laser được trinh bay trên
́ ̉ ́ ̣ ̣ ̣ ̣ ̉ ̀ ̀ ̀
̀
hinh 5.1


1 3
4 5
Tia laser




2


Hìn
h 2.1. Sơ đồ nguyên lý hoat đông cua chum tia laser
̣ ̣ ̉ ̀
1. Môi trường hoat tinh.
̣ ́ ̀ ́ ́ ́
2.Nguôn anh sang kich thich.
3. Buông công hưởng quang hoc.
̀ ̣ ̣
4. Gương phan xạ toan phân (độ phan xạ anh sang 100%)
̉ ̀ ̀ ̉ ́ ́
5. Gương phan xạ ban phân trong suôt (độ phan xạ anh sang 50%).
̉ ́ ̀ ́ ̉ ́ ́
Trên hình 2.1 có thể thây môt không gian quang hoc 3. Trong không gian nay ở hai
́ ̣ ̣ ̀
phia là hai kinh phan chiêu(4 và 5) và giữa chung là môi trường hoat tinh 1 (hay thanh
́ ́ ̉ ́ ́ ̣ ́
laser), những nguyên tử trong môi trường nay bị kich thich bởi đen số 2 ở trang thai ôn
̀ ́ ́ ̀ ̣ ́ ̉
đinh, những proton được phong ra và hướng vao truc quang hoccua thanh laser. Cac
̣ ́ ̀ ̣ ̣ ̉ ́
proton nay va cham nhau và tiêp tuc phong ra cac proton khac, cac proton nay nôi kêt nhau
̀ ̣ ́ ̣ ́ ́ ́ ́ ̀ ́ ́
về pha cung như về hướng. Quá trinh nay tiêp diên cho đên khi cac proton chuyên đông
̃ ̀ ̀ ́ ̃ ́ ́ ̉ ̣
doc theo truc quang hoc và sau nhiêu lân phan xạ cac proton nay có đủ năng lượng để rời
̣ ̣ ̣ ̀ ̀ ̉ ́ ̀
khoi thanh laserqua kinh số 5, phân con lai bị phan xạ trở lai và tiêp tuc quá trinh nhân
̉ ́ ̀ ̀ ̣ ̉ ̣ ́ ̣ ̀


Page 3
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3

proton. Khi tia sang đã chiêu xuyên qua kinh phan chiêu ở hai đâu ra thì hinh thanh môt
́ ́ ́ ̉ ́ ̀ ̀ ̀ ̣
chum tia nôi tiêp nhau. Chum tia nay sẽ đi qua môt thâu kinh hôi tụ để tâp trung năng
̀ ́ ́ ̀ ̀ ̣ ́ ́ ̣ ̣
lượng tai môt điêm, nêu đăt vât cân gia công tai tiêu điêm nay thì nhiêt độ cuc bộ tai đó có
̣ ̣ ̉ ́ ̣ ̣ ̀ ̣ ̉ ̀ ̣ ̣ ̣
thể lên đên 8000 C trong 1ms.
́ 0


 Sau đây là nguyên lý gia công cua môt loai may điên hinh:
̉ ̣ ̣ ́ ̉ ̀
- Hình 2.2 chỉ ra nguyên lý gia công tia lazer trên may K-3M:
́




Hình 5.2 Nguyên lý gia công chum tia laser.
̀
2)Buông phan xạ anh sang
̀ ̉ ́ ́
̀ ́
3) Đen phat xung
̀ ̣
4) Thanh hông ngoc
5) Gương phan xạ toan phân
̉ ̀ ̀
6) Gương phan xạ 50%
̉
7) Thâu kinh hôi tụ
́ ́ ̣
́
8) Chi tiêt gia công
9) Ban gá
̀
10) Tế bao quang điên
̀ ̣



Page 4
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3

- Nguôn điên công nghiêp 1 qua biên thế và năn dong được nap vao hệ thông tu.
̀ ̣ ̣ ́ ́ ̀ ̣ ̀ ́ ̣
Điên ap tôi đa cua tụ là 2KV để điêu khiên sự phong điên tới đen phat xung 3 đăt ở trong
̣ ́ ́ ̉ ̀ ̉ ́ ̣ ̀ ́ ̣
bộ phân phan xạ anh sang 2 ( tiết diện ngang hình elip)
̣ ̉ ́ ́
- Khi đen 3 phat sang ,toan bộ năng lượng sẽ tâp trung tai vị trí có đăt thanh hông
̀ ́ ́ ̀ ̣ ̣ ̣ ̀
̣
ngoc 4.
- Những ion Cr+3 cua thanh hông ngoc bị kich lên mức năng lượng cao, khi tut xuông
̉ ̀ ̣ ́ ̣ ́
chung sẽ phat ra những lượng tử.
́ ́
- Nhờ hệ dao đông cua cac gương phăng 5 và 6, những lượng tử nay sẽ đi lai nhiêu
̣ ̉ ́ ̉ ̀ ̣ ̀
lân qua thanh hông ngoc và kich cac ion Cr khac để rôi cung phong ra chum tia lượng tử.
̀ ̀ ̣ ́ ́ +3
́ ̀ ̀ ́ ̀
- Gương 5 có dộ phan xạ anh sang gân 99%, con gương 6 gân 50%. Nhờ đo, môt
̉ ́ ́ ̀ ̀ ̀ ́ ̣
măt ta vân nhân được chum tia laser ở phia dưới, măt khac khoang 1% chum tia phat ra
̣ ̃ ̣ ̀ ́ ̣ ́ ̉ ̀ ́
qua gương 5 sẽ được tế bao quang điên 10 thu lai và qua hệ thông chuyên đôi ta biêt được
̀ ̣ ̣ ́ ̉ ̉ ́
năng lượng cua chum tia đã phat ra khoi may.
̉ ̀ ́ ̉ ́
- Chum tia nhân được qua gương 6sẽ được tâp trung bởi hệ quang hoc 7 và tac dung
̀ ̣ ̣ ̣ ́ ̣
lên chi tiêt gia công 8 (đăt trên ban may 9) có khả năng di chuyên toa độ theo 3 phương X,
́ ̣ ̀ ́ ̉ ̣
Y, Z.
- Khi tâp trung tia laser vao vị trí gia công cân chon hệ thông quang hoc và chế độ gia
̣ ̀ ̀ ̣ ́ ̣
công như năng lượng chum tia tới, thời gian xung tac dung cua chum tia, tiêu cự cua hệ
̀ ́ ̣ ̉ ̀ ̉
thông quang hoc và số xung laser.
́ ̣
- Quá trinh tac dung cua chum tia laser vao vị trí gia công được chia ra cac giai đoan
̉ ́ ̣ ̉ ̀ ̀ ́ ̣
sau:
+ Vât liêu gia công hut năng lượng cua chum tia laser và chuyên năng lượng nay thanh
̣ ̣ ́ ̉ ̀ ̉ ̀ ̀
̣
nhiêt năng.
+ Đôt nong vât liêu gia công tới nhiêt độ có thể phá hong vât liêu đo. Giai đoan nay ứng
́ ́ ̣ ̣ ̣ ̉ ̣ ̣ ́ ̣ ̀
với quá trinh truyên nhiêt trong vât răn tuyêt đôi bị giới han về môt phia theo phương tac
̀ ̀ ̣ ̣ ́ ̣ ́ ̣ ̣ ́ ́
dung cua chum tia kể tư bề măt tac dung …
̣ ̉ ̀ ̣ ́ ̣
+ Phá hong vât liêu gia công và đây chung ra khoi vung gia công. Giai đoan nay ứng với
̉ ̣ ̣ ̉ ́ ̉ ̀ ̣ ̀
quá trinh truyên nhiêt mà bề măt tac dung luôn luôn thay đôi theo phương tac dung cua
̀ ̀ ̣ ̣ ́ ̣ ̉ ́ ̣ ̉
̀
chum tia laser.
̣ ̣ ̣ ̀ ̀ ́ ̣
+ Vât liêu gia công nguôi dân sau khi chum tia laser tac dung xong




Page 5
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3




́ ̀
Hình 2.3. Căt băng tia laser




Page 6
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3

III. THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ

III.1.Các loại Laser:


Có nhiều cách để phân loại Laser, nhưng thông thương người ta thương phân loại laser
theo vật liệu cấu tạo nên môi trương hoạt tính của chúng. Có thể chia laser thành bốn
loại chính như sau: laser rắn, laser bán dẫn. laser lỏng và laser khí.
*Laser bán dẫn:
Môi trường hoạt tính của laser bán dẫn là các bán dẫn loại N hay loại P (gecmani, silic,
axenit gali,…).
Loại laser bán dẫn có hiệu suất cao hơn hẳn bất kỳ loại laser nào khác. Về lý thuyết,
hiệu suất của các loại laser bán dẫn có thể đạt tới 100%. Tuy nhiên, trên thực tế hiệu
suất của loại laser này chỉ đạt đến 70%. Việc chế tạo loại laser bán dẫn cũng còn gặp
một số khó khăn kỹ thuật, do đó hiệu suất của chúng chưa đạt được cao lắm. Tất
nhiên, so với các loại laser khác như laser khí (hiệu suất 20%), laser rắn (hiệu suất
5÷7%), laser bán dẫn ưu việt hơn nhiều. Tuy vậy, công suất bức xạ của loại laser bán
dẫn còn nhỏ, chưa thể so sánh với các loại laser khí hay laser tinh thể khác được.
*Laser rắn:
Trong laser rắn thì môi trường hoạt tính là chất rắn. Vật liệu của chất rắn kích thích có
thể là florua đất kiềm, wonfram đất kiềm, molibden đất kiềm, hồng ngọc tổng hợp,
ytri- nhôm- granat (YAG), Neodim-ytrinhôm- granat (Nd:YAG),… Tạp chất tích cực
chứa trong các chất kể trên thường là các thành phần đất hiếm, crôm và uranium. Vật
liệu thường dùng là hồng ngọc nhân tạo.
Nhược điểm của loại laser rắn là hiệu suất thấp, chỉ cỡ 5÷7%. Tuy nhiên, loại laser rắn
có kích thước tương đối gọn nhẹ nên được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác
nhau như trong thông tin liên lạc, vô tuyến truyền hình, trong công nghiệp, y tế, quân sự,

*Laser khí:
Ưu điểm của loại laser khí là công suất lớn, tính đơn sắc và khả năng định hướng cao,
thích hợp cho việc sử dụng chúng ở chế độ liên tục. Dải bước sóng của loại laser khí
kéo dài tư sóng mm cho đến vùng tử ngoại. Môi trường hoạt tính của loại laser khí là
các chất khí hay hỗn hợp khí khác nhau. Thông dụng nhất là khí nguyên tử neon, agon,
kripton, xênon, hơi kim loại cadimi, đồng, selen, xêzi, và khí phân tử như oxyt cacbon,
cacbonic, hơi nước, …
So sánh với chất rắn và chất lỏng, chất khí có mật độ thấp và có tính đồng nhất cao, nó
không gây ra sự khúc xạ luồng ánh sáng vì vậy tính đồng hướng của sự phát xạ laser
trong chất khí rất cao. Laser excimer là laser khí dùng trong vi gia công, gia công chất bán



Page 7
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3

dẫn và phẫu thuật mắt. Chất khí dùng để tạo tia laser là hỗ hợp khí trơ với halogen.
Trong một lần phóng điện, một nguyên tử khí trơ (Ar, Kr, Xe) và halogen (Cl2, F2) tạo
thành một chất nhị trùng
*Laser lỏng:
Một trong những hướng phát triển mới của laser là laser có môi trường hoạt tính chất
lỏng. Có hai loại chất lỏng thường dùng là các hỗn hợp hữu cơ kim loại và chất màu.
Loại hỗn hợp hữu cơ kim loại chứa một số nguyên tố hiếm như êropi. Môi trường hữu
cơ đóng vai trò trung gian, nhận năng lượng cho nguồn ánh sáng kích thích, truyền lại
cho các nguyên tử êropi. Nhược điểm của các loại laser hữu cơ lỏng là môi trường hoạt
tính không bền vững, chất hữu cơ bị phân hủy dưới tác động của ánh sáng kích thích.
Gần đây người ta thay chất hữu cơ bằng chất vô cơ để tránh sự phân hủy nói trên. Loại
laser chất lỏng vô cơ có công suất bức xạ và hiệu suất khá cao, có thể sánh vai cùng các
loại laser rắn với hợp chất nêodim. Hiện nay loại laser vô cơ lỏng có thể cho công suất
trung bình gần 500 W ở chế độ xung, và ở chế độ xung đơn với năng lượng hàng trăm
Jun.
Tuy nhiên, chất lỏng oxít clorua selen là một loại chất độc, có hại cho cơ thể con người,
do đó khi làm việc với nó phải tuân theo nhiều biện pháp an tồn phức tạp. Nói chung,
cũng như các loại laser khác, laser chất lỏng cũng có những ưu điểm riêng của nó. Điều
dễ dàng nhìn thấy nhất là việc làm nguội môi trường hoạt tính rất đơn giản, bằng
phương pháp lưu thông dòng chất lỏng trong laser.
*Laser Gama:
Một trong những hướng phát triển mới của laser là laser có môi trường hoạt tính chất
lỏng. Có hai loại chất lỏng thường dùng là các hỗn hợp hữu cơ kim loại và chất màu.
Loại hỗn hợp hữu cơ kim loại chứa một số nguyên tố hiếm như êropi. Môi trường hữu
cơ đóng vai trò trung gian, nhận năng lượng cho nguồn ánh sáng kích thích, truyền lại
cho các nguyên tử êropi. Nhược điểm của các loại laser hữu cơ lỏng là môi trường hoạt
tính không bền vững, chất hữu cơ bị phân hủy dưới tác động của ánh sáng kích thích.
Gần đây người ta thay chất hữu cơ bằng chất vô cơ để tránh sự phân hủy nói trên. Loại
laser chất lỏng vô cơ có công suất bức xạ và hiệu suất khá cao, có thể sánh vai cùng các
loại laser rắn với hợp chất nêodim. Hiện nay loại laser vô cơ lỏng có thể cho công suất
trung bình gần 500 W ở chế độ xung, và ở chế độ xung đơn với năng lượng hàng trăm
Jun.
Tuy nhiên, chất lỏng oxít clorua selen là một loại chất độc, có hại cho cơ thể con người,
do đó khi làm việc với nó phải tuân theo nhiều biện pháp an tồn phức tạp. Nói chung,
cũng như các loại laser khác, laser chất lỏng cũng có những ưu điểm riêng của nó.
Điều dễ dàng nhìn thấy nhất là việc làm nguội môi trường hoạt tính rất đơn giản, bằng
phương pháp lưu thông dòng chất lỏng trong laser.
Về nguyên lý chung, laser Gamma làm việc cũng tương tự như các laser khác. Tuy nhiên,
hiện tượng vật lý xảy ra trong môi trường hoạt tính của loại laser này phức tạp hơn
nhiều. Khả năng tiềm tàng của loại laser này rất lớn. tuy nhiên kỹ thuật chế tạo nó rất
phức tạp, và do đó việc ứng dụng của nó chưa được phổ biến rộng rãi. Nhờ sự ra đời



Page 8
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3

của laser Gamma, chúng ta đã mở rộng được dải sóng, tư hồng ngoại cho đến bước
sóng một vài amstrong (Ao). Tuy nhiên trong tương lai, khó mà nói rằng đó là phương
pháp cuối cùng của kỹ thuật laser.

III.2.Cấu tạo máy laser:

• Nguyên lý cấu tạo chung của một máy laser gồm có: buồng cộng hưởng chứa
hoạt chất laser, nguồn nuôi và hệ thống dẫn quang. Trong đó buồng cộng hưởng
với hoạt chất laser là bộ phận chủ yếu.
• Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, đó là một chất đặc biệt có khả năng
khuyếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức để tạo ra laser. Khi 1 photon tới
va chạm vào hoạt chất này thì kéo theo đó là 1 photon khác bật ra bay theo cùng
hướng với photon tới. Mặt khác buồng công hưởng có 2 mặt chắn ở hai đầu,
một mặt phản xạ tồn phần các photon khi bay tới, mặt kia cho một phần photon
qua một phần phản xạ lại làm cho các hạt photon va chạm liên tục vào hoạt chất
laser nhiều lần tạo mật độ photon lớn. Vì thế cường độ chùm laser được khuếc
đại lên nhiều lần. Tính chất của laser phụ thuộc vào hoạt chất đó, do đó người ta
căn cứ vào hoạt chất để phân loại laser.

Dưới đây là sơ đồ nguyên lý máy laser




Page 9
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3

Hình 3.1. sơ đồ nguyên lý máy laser




Page 10
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3


*Máy Laser được cấu tạo bởi 3 phần chính sau:
III.2.1.Môi Trường Hoạt Tính:
Môi trường hoạt tính là bộ phận quan trọng- “ trái tim của laser “ có nhiệm vụ tạo ra
sóng điện tư hay sóng ánh sáng. Môi trường hoạt tính của laser có thể dùng các chât
- Môi trường hoạt tính Khí
- Môi trường hoạt tính Rắn
- Môi trường hoạt tính Bán Dẫn




ống chứa khí




Gương phản Tia laser
xạ




Cửa sổ

Máy phát



Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý laser khí




Page 11
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3


III.2.2. Nguồn kích thích:
Muốn cho môi trường hoạt tính làm việc ta phải tạo nên vùng đảo hạt ở mức năng
lượng cao. Để làm được việc đó chúng ta phải cung cấp cho môi trường hoạt tính một
năng lượng. Có nhiều phương pháp để kích thích môi trường hoạt tính.

Gương




A B
C
Thanh hoạt tính


D



Hình 3.3. Các loại nguồn kích thích.


Nguồn sáng đèn: phương pháp này thường được sử dụng với các laser rắn, nguồn ánh
sáng gồm một hay nhiều đèn xenon. Để tập trung ánh sáng tư các đèn lên môi trường
hoạt tính người ta dùng hệ thống gương phản chiếu. Đối với thanh hoạt tính hình trụ
hệ thống gương hình ellipe. Ngoài ra người ta còn dùng các loại đèn chiếu hình xoắn.




Hình 3.4 Nguồn sáng đèn với laser và hệ thống quang học HL 54 P.


Page 12
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3

Nguồn kích thích dòng điện: đối với môi trường hoạt tính khí người ta thường dùng
dòng điện cao tầng để tạo nên môi trường phóng điện ion hóa. Đối với dòng điện một
chiều hay tần số thấp người ta phải đưa điện cực trực tiếp vào môi trường khí.
Bộ cộng hưởng quang học : sau khi tạo được lớp đảo, môi trường hoạt tính trở
thành môi trường khuyếch đại ánh sáng. Để có thể nhận được ánh sáng phải tạo nên
một phản hồi dương. Bộ cộng hưởng quang học đóng vai trò này và là bộ phận hướng
tia ánh sáng chọn lọc.
Tia laser

Thấu kính hội tụ


Khí Khí


Vòi phun
Vòi phun


Phôi


Hình 3.6. vòi phun khí điển hình
Bộ cộng hưởng quang học là hệ thống gương quang học. Trên bề mặt phản chiếu
của gương có phủ một lớp kim loại hoặc một lớp điện môi. Một trong hai gương kia
phải là gương bán trong suốt. Trong trường hợp gương làm bằng kim loại phải khoan
một lỗ cho ánh sáng đi qua, trong laser khí gương cộng hưởng nằm ở hai đầu ống. Đối
với laser rắn gương hoạt tính đồng thời là hai mặt của thanh hoạt tính. Ngoài các gương
nói trên, bộ cộng hưởng quang học còn có những phần phụ kèm theo như lăng kính có
nhiệm vụ lọc ánh sáng.

Môi trường hoạt Lăng
V1

V2 V1




V2 Gương phẳng


Hình 3.5. Bộ cộng hưởng quang học.



Page 13
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3

Vậy về nguyên lý, gia công bằng tia laser rất đơn giản. Bằng cách tập trung năng
lượng tại một điểm trong vùng gia công, mật độ năng lượng tại điểm đó sẽ tăng lên rất
cao, và do đó nhiệt độ tại đó cũng lên rất cao. Tùy theo mục đích và yêu cầu kỹ thuật
mà nhiệt độ sẽ được đều chỉnh cho phù hợp.


Bao kín bề mặt Laser rắn
hoặc khí Gương phản
xạ bán phần
Lăng kính
Tia laser đi ra




Nguôn điện
Ñeøn oáng


Hệ thống làm lạnh


Hình 3.7. Sơ đồ máy laser khí.


III.2.3.Các bộ phận máy Laser gồm:


+ Máy phát tia laser: Có thể làm việc ở chế độ hoạt động theo xung hay liên tục. Tuỳ
theo nhiệt độ ở điểm tập trung mà ta chọn máy laser có công suất lớn hay nhỏ, và chế
độ hoạt động liên tục hay gián đoạn (xung), tần số của xung.




Hình 3.8. Máy tạo laser năng lượng cao HL 4006 D.



Page 14
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3



+ Bộ hội tụ tia: Đây là bộ phận rất quan trọng. Nhiệm vụ của nó là tập trung các tia
laser tại một điểm hay các vùng nhỏ, làm cho mật độ năng lượng và nhiệt độ tại điểm
đó tăng cao cục bộ. Bộ phận này thường là thấu kính hội tụ.



Gương phản xạ
Đèn kích thích



Bộ dao động quang
học




Tia laser đi ra


Chùm tia hội tụ Thấu kính
trên chi tiết
Chi tiết


Hình 3.9. Sô đồ máy laser rắn.


+ Bộ lọc: Do máy phát tia laser không có duy nhất một bước sóng mà thể có nhiều
bước sóng khác nhau. Do đó chúng ta sử dụng bộ lọc cho ra bước sóng duy nhất để có
cộng hưởng cao. Thông thường bộ lọc làm việc theo nguyên tắc phản xạ ánh sáng.


a. Một số máy phát laser.
Dưới đây là một số máy phát laser hồng ngọc. Trên hình 3.10 giới thiệu sô đồ máy
phát laser hồng ngọc.
Trên hình 5.14 ta thấy thanh hồng ngọc đặt trong vòng xoắn của đèn bức xạ được
cung cấp điện tư bộ cung cấp và điều khiển điện. Mặt khác thanh hồng ngọc được đặt
trong ống thủy tinh, qua đó thường xuyên được làm sạch. Thanh hồng ngọc được đặt
cố định bằng một lò xo. Khi làm việc, do sự kích thích của thanh hồng ngọc, tia sáng
phát ra và hướng ra ngoài tư một đầu của thanh hồng ngọc.




Page 15
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3
10

5

Bộ cung cấp và điều khiển
điện
Buồng phản xạ ánh sáng.
Đèn phát xung.
1 4
Thanh hồng ngọc.
Gương phản xạ toàn phần.
Gương phản xạ bán phần.
2 Thấu kính hội tụ
6 Chi tiết
3
Bàn Gá.
Tế bào quang điện
7
8

9



Hình 3.10. Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy K-3M.


Trên hình 3.11 giới thiệu 1 máy có kết cấu khác.
Thanh hồng ngọc 8 có ∅ = 6,3 mm và dài 63 (mm) đặt trong 1 pha phản xạ có đặt 1
đèn xung dùng khí trô xênon 7 dạng bút chì dài 76 (mm), được cấp 1 dòng điện xung tư
phía ngoài gồm tụ điện 4 với điện dung 400 µF và cuộc cảm 3 được nối với biến thế 6
tạo xung với điện thế 14 (kV). Khi đóng mạch điện bằng bộ cầu dao 1 vào bộ tụ
phóng.

6
4

3 5
7
2
8

1



Hình 3.11. Các sơ đồ máy phát laser hồng ngọc khác.
a. Với đèn bức xạ chuyên dùng. b. Với gương phản xạ hình elíp.


Page 16
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3

Khi một vật bị kích thích bởi một nguồn năng lượng tư bên ngoài, các nguyên tố
hoạt tính trong năng lượng đó được đưa lên một mức năng lượng cao hơn, nhưng ở
mức năng lượng này độ bền vững rất kém nên khi ngưng kích thích thì chúng có xu
hướng tụt xuống mức năng lượng thấp hơn. Lúc đó thế năng của chúng giảm đi, đồng
thời mỗi nguyên tử hoạt tính phát ra 1 hoặc 2 lượng tử tuỳ theo quá trình tụt xuống là tự
phát hay cươõng bức.
Trên cô sở đó máy phát tia laser để gia công kim loại gồm 3 bộ phận chính:
- Đầu tia phát laser.
- Bộ phận cung cấp và điều khiển điện.
- Bộ phận gá đặt chi tiết gia công.
Để tạo tia laser trên vật thể rắn ta có thể sử dụng các tinh thể của các khoáng chất
khác nhau hoặc thủy tinh với các tạp chất của các nguyên tố hiếm, ví dụ: tinh thể hồng
ngọc (rubi), thủy tinh (Nd), …
Máy phát tia laser : Sơ đồ máy phát tia laser kiểu MLC – 1 cho trong hình 3.12.




Máy phát quang lượng tử
1 7 Màng ngăn.
Oáng ngaém.
Vật kính của kính hiển vi
2
3 Tấm kính bảo vệ.
4 Chi tiết gia công.
Bộ nguồn
5

6




Hình 3.12. Sô đồ máy phát laser kiểm MLC-1.




Page 17
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3

b. Các phương pháp tập trung chùm laser.
Để tạo nên mật độ năng lượng cao tại vị trí gia công tùy thuộc vào mục đích
công nghệ, có thể dùng nhiều biện pháp khác nhau. Hiện nay thường dùng các biện
pháp sau:
*Dùng thấu kính hội tụ.
Khi dùng thấu kính cầu (hình 3.13a) thì tia laser tập trung trên bề mặt gia công là hình
tròn nên có thể dùng để gia công lỗ, hàn điểm. Nếu cung cấp cho chi tiết gia công một
chuyển động tương đối phù hợp với hình dạng yêu cầu thì có thể gia công được các lỗ,
rãnh hoặc hàn những mối hàn có hình dáng phức tạp.
Khi dùng thấu kính hình trụ (hình 3.13b) vết tập trung sẽ có dạng dài, hẹp để gia
công các rãnh hẹp, …
Phương pháp này có ưu điểm là tập trung tồn bộ năng lượng chùm tia vào vị trí gia
công, nhưng mật độ năng lượng phân bố không đều, càng xa tâm trục quang mật độ
càng thấp dẫn đến lỗ, rãnh sẽ bó côn hoặc hẹp dần theo chiều sâu.
3
2 3
1 2
1



a b



Hình 3.13. Các biện pháp tạo mật độ năng lượng cao dùng thấu kính cầu và thấu
kính hình trụ.
1. Nguồn sáng. 2. Thấu kính hội tụ. 3. Vật gia công.


*Dùng hệ thống chiếu ảnh.
Để khắc phục nhược điểm trên, đồng thời dễ dàng tạo ra những mặt định hình phức
tạp có kích thước nhỏ có thể sử dụng phương pháp tập trung chùm tia bằng hệ thống
những thấu kính và màn chắn tương tự như hệ thống chiếu ảnh (hình 3.14). Với
phương pháp này có thể tạo ra vết tập trung có hình dạng bất kỳ, mật độ năng lượng
phân bố đều hôn nên hạn chế được nhược điểm trên, nhưng một phần năng lượng
chùm tia bị mất mát qua các màn chắn, làm giảm hiệu suất năng lượng chùm tia.




Page 18
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3



D
2 3 4 5
DM
1

Do D1



F’ F’’ L1 F F1 L4




Hình 3.14. Tập trung chùm tia bằng hệ thống màn chắn và thấu kính hội tụ.


Kích thước gia công phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công, mật độ năng lượng
chùm tia, tính chất của hệ thống tập trung năng lượng, thời gian tác dụng chùm tia vào
vật gia công hoặc số lượng xung, …
Sau khi tập trung, mật độ năng lượng của chùm tia phân bố không đều trên vết tập
trung của nó. Theo kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả thì mật độ năng lượng của
chùm tia sau khi tập trung phân bố theo quy luật chuẩn (Gauss) như hình 3.15


r
r


2ro q
Do



F qo




Hình 3.15. Sự phân bố mật độ năng lượng của chùm tia tại vị trí tác dụng.




Page 19
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3

Hiện nay, gia công lỗ nhỏ bằng chùm tia laser rất có hiệu quả. Đường kính lỗ nhỏ
nhất có thể đạt đến d = 4 µm. Nhờ laser không những có thể gia công được kim loại,
mà còn gia công được lỗ nhỏ d = 0.025÷ 0,25 mm trên những thạch anh, sứ, thủy tinh …
IV.Các thông số và khả năng công nghệ.

Do laser có tính định hướng và khả năng hội tụ cao nên có thể dùng để gia công các
vật liệu rắn như thép không rỉ, titan và hợp kim titan, vonfram, thủy tinh, sứ …
Khi tập trung laser thành một điểm, ta có thể khoan được các vật liệu có nhiệt độ
nóng chảy cao với đường kính tư 100 µm đến 250 µm. Cường độ ánh sáng đaõ được
tập trung bằng lăng kính lớn gấp 40 lần cường độ ánh sáng mặt trời. Để khoan những
lỗ nhỏ hơn phải dùng hệ thống lăng kính hội tụ và hệ thống điều chỉnh cô khí, khi đó có
thể gia công được các lỗ hay rãnh có đường kính tư 2 đến 5 µm.
Quá trình gia công bằng tia laser có thể tách làm hai pha:
- Ánh sáng laser bóc đi lớp bề mặt có khả năng phản chiếu lớn.
- Sau đó vật liệu có màu tối hơn hấp thụ năng lượng của chùm tia laser.
Trong giai đoạn sau quá trình phát sáng tăng lên rất nhanh và nhiệt độ tỏa ra mọi
hướng tư lỗ khoan. Tư đó có thể thấy rằng đường kính của các lỗ sẽ lớn hơn đường
kính của tia laser. Sự khác biệt càng lớn nếu thời gian chiếu một xung càng dài. Tuỳ
thuộc vào tốc độ cung cấp năng lượng mà quá trình đun nóng, nóng chảy hoặc bốc hơi
có thể dieãn ra hay không. Quá trình điều chỉnh này thông thường được diễn ra bằng
cách thay đổi thời gian xung của tia laser (hình 4.1)
Biến thiên của năng lượng và thời gian xung có thể biểu thò bằng một tập hợp
đường cong phù hợp với các đặc tính của vật liệu.
Năng lượng tích lũy trong nguồn phát có thể tối đa là 6000 W.s và đỉnh cao của công
suất là 5000 W. Đối với laser hồng ngọc thì năng lượng bức xạ là 30 J, thời gia keùo dài
xung được điều chỉnh trong các mức 1,3,5,7 … ms. Tần số xung là 12 xung/phút.


1



2

3




Hình 4.1. Quan hệ giữa năng lượng và thời gian xung.



Page 20
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3

1. bốc hơi. 2. Nóng chảy. 3. Nung nóng

Với laser CO2 người ta có thể gia công đồng thời 4 tấm vật liệu 5x5 cm với tốc độ
cắt gần 10 m/phút. Năng lượng bức xạ của các máy phát laser kiểu công nghiệp không
lớn lắm, thường tư 10 ÷ 100 J và hiệu suất khoảng tư 0,1 ÷ 1%.
Trên hình 4.2. Trình bày mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ.

S E
0,6 10


0,5 1

1
0,3

0,2 s 0, d
10-
2.10 5.10 10
- - -2 25.10 25.10 0,2 2,5


Hình 4.2. Quan hệ giữa các yếu tố công nghệ.
a. Quan hệ chiều dài tấm đồng có thể hàn được với thời gian tồn
tại của xung laser khi đường kính vết hàn n = 0,7 mm.
b. Quan hệ của năng lượng chùm tia với dây hàn.


IV.1.Các đặc tính về nhiệt của phôi.


Khi một tia laser chiếu vào phôi, sự chuyển đổi năng lượng ban đầu thành dạng
nhiệt có giới hạn ở một lớp vật liệu rất mỏng (100 ÷ 200 Ac). Năng lượng vưa hấp thụ
sẽ chuyển đổi thành nhiệt năng sẽ làm thay đổi trạng thái vật lý của phôi và phụ thuộc
vào mật độ năng lượng của tia. Một phần vật liệu sẽ nóng lên chảy ra và bốc hơi. Hình
4.3 thể hiện phần trăm hấp thu năng lượng phụ thuộc vào nhiệt độ với những thay đổi
khác nhau của vật liệu.
Sự nóng lên, chảy ra và bốc hơi của vật liệu dưới tác động của tia laser phụ thuộc
vào tính dẫn nhiệt và lượng nhiệt trên 1 đơn vị thể tích có trên vật liệu. Tốc độ nung
nóng tỉ lệ nghịch với nhiệt lượng trên một đơn vị thể tích, vì thế yếu tố quan trọng của
dòng nhiệt là độ khuyếch tán nhiệt của vật liệu gia công. Giá trò này quyết định đến tốc
độ mà một vật liệu sẽ nhận và truyền dẫn năng lượng và độ khuyếch tán nhiệt cao sẽ
cho nhiệt độ xuyên nóng chảy lớn hơn với nguy cơ rạn nứt nhỏ.




Page 21
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3


105 107
100



50
Vuøng xöû lyù Vuøng haøn Vuøng caét
nhieät



10


Hình 4.3. Cường độ hấp thụ năng lượng laser theo nhiệt độ.
Lượng nhiệt được tạo bởi tia laser trên bề mặt sẽ bị giảm nhanh theo hướng chiều
sâu bên trong của vật liệu, và vì vậy tốc độ nguội nhanh. ở một số kim loại tốc độ này
là 106 oC/s. Sự nguội nhanh này tạo ra kết quả là các ảnh hưởng do nhiệt nhỏ nhất, vì
sự khuyếch tán nhiệt chậm hơn sự lan truyền tư vùng được xử lý. Tuy nhiên sự nguội
nhanh có thể tạo ra các hiệu ứng xấu ở một số kim loại. Làm nguội nhanh ngăn cản sự
trộn lẫn đều về hóa học và các mối hàn dễ gãy.


IV.2.Các thông số trong cắt laser đối với kim loại.


Năng lượng của tia laser được hấp thụ bởi mặt phẳng của kim loại được gia công và
năng lượng này sẽ được chuyển vào vùng cắt dưới dạng nhiệt, năng lượng này sẽ gia
tăng nhiệt độ tới điểm nóng chảy và bay hơi. Một dòng khí có áp suất cao được thoåi
vào vùng cắt để thoåi kim loại nóng chảy và hôi kim loại ra khỏi vùng nóng chảy. Di
chuyển tia laser dạng liên tục hay dạng xung dọc theo một quỹ đạo ta sẽ nhận được
một vết cắt. Bề rộng của vết cắt, chất lượng của cạnh cắt, các phụ phẩm (như xỉ) tập
trung phụ thuộc vào sự lựa chọn tia, chất lượng tia, năng lượng phân bố và kiểu di
chuyển gia công (tia di chuyển, phôi di chuyển, hay kết hợp sự di chuyển của cả hai).
Một điều dễ thấy là: độ sâu cắt tỉ lệ thuận với năng lượng cắt và tỉ lệ nghịch với tốc
độ cắt. Như vậy năng lượng cắt gấp đôi sẽ tạo ra chiều sâu cắt gấp đôi. Do vậy bề
dày cắt lớn nhất là hàm của năng lượng cắt, tốc độ cắt và yêu cầu của chất lượng cắt.
Hiện nay bề dày 25 mm (1 inch) được xem là bề dày lớn nhất của các loại hợp kim thép
mà người ta có thể cắt được. Khoảng bề dày cắt có hiệu quả kinh tế cao nhất lên tới
12,5 mm các kim loại phản xạ ánh sáng laser với phần trăm gia tăng tương ứng khi
bước sóng của tia tăng với mật độ năng lượng cao được tạo bởi các tia laser CO2 năng
lượng cao sẽ khắc phục được những ảnh hưởng của phản xạ này. Các tia laser bước




Page 22
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3

sóng ngắn hôn như Nd:YAG sẽ không phải chịu những ảnh hưởng này do bước sóng
ngắn nên phần lớn năng lượng của chúng bị hấp thụ.
Khi cắt bằng laser, một thông số quan trọng là bề rộng vết cắt thông thường bằng
hoặc lớn hơn tia laser một chút, nên việc điều khiển tia laser rất quan trọng. Bề rộng
đường cắt là hàm số của các yếu tố như chất lượng tia, tiêu điểm, vị trí tiêu điểm, áp
suất khí đến không gian và tốc độ cắt.
Bảng 1. Các bề rộng cắt điển hình khi cắt bằng laser CO2.


Vật liệu Chiều dày Bề rộng vết cắt
(mm) (mm)

Theùp Cacbon 1,5 0,05

2,25 0,12

3,12 0,20

6,25 0,30

Nhôm 2,25 0,25

Chất đều < 4,0 2 lần đường kính tia


Khi cắt với laser CO2 liên tục có thể tạo ra các giá trò độ nhám trên bề mặt vết
cắt tư 8 ÷ 15 µm đối với thép cán nguội có bề dày 1,6 mm và tư 30 ÷ 50 µm với thép
lá. Với việc dùng ôxy để hỗ trợ cắt, độ nhám khi cắt thép không rỉ thường là 30 ÷ 50
µm.




Page 23
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3

Bảng 2. Các giá trò độ nhám bề mắt khi cắt laser với oxy.

Vật liệu Bề dày Độ nhám bề mặt
(mm) (mm)

Theùp không rỉ 1 30

2 35

3 50

Theùp cán nguội 1 8

2 10

3 15

Theùp lá 1 30

2 30

3 35


Sự điều khiển tiêu điểm tia, vị trí tiêu điểm và tốc độ cắt tạo ra những sự khác
nhau về độ cứng mà gần như không thể nhận biết được với các loại thép có bề dày lên
tới 2 mm. Những tia tăng nhỏ về độ cứng và độ sâu 0,1 ÷ 0,2 mm (tính tư bề mặt) là
phoå biến. Với việc cắt bằng laser CO2 dạng xung, giá trò độ sâu này nhỏ hơn 0,1mm và
làm cho loại này trở nên có lợi đối với các loại dụng cụ sử dụng đầu nút. Bảng 5.8 thể
hiện các giá trò điển hình ở vùng chịu ảnh hưởng nhiệt độ của các loại thép lá.
Bảng 3. Vùng chịu ảnh hưởng của các loại thép lá.

Bề dày của vật liệu Vùng ảnh hưởng nhiệt Vùng ảnh hưởng nhiệt
(mm) (laser dạng liên tục) (laser dạng xung)
(mm) (mm)

4 0,50 0,15

3 0,37 0,15

2 0,10 0,12

1 0,75 0,07



Page 24
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3

Các giá trò về tốc độ cắt các kim loại thường được được đưa ra là các dữ liệu
được đo dưới điều kiện lý tưởng. Trên thực tế, tốc độ cắt thay đổi theo bề dày của
thép cần cắt được thể hiện hình dưới với các mức năng lượng là 1000 W và 500 W.
Việc thực hiện cắt đối với một số kim loại khác với bề dày khác nhau. Bảng 4 cũng
cho biết các giá trò về tốc độ cắt theo bề dày của các kim loại khác khi cắt laser
Nd:YAG dạng liên tục và dạng xung.
Bảng 4. Các tốc độ cắt kim loại không chứa sắt của laser CO2 và Nd:YAG.


Vật liệu CO2 (1500w) Nd:YAG

Bề dày Tốc độ Bề dày Tốc độ Năng lượng
(mm) (m/ph) (mm) (m/ph) (W)

Đồng 1 2,25

2 0,75

3 0,35

Nhôm 1 8 1,5 2,5 1000

2 4 2,5 1,0 1000

3 1,5 3,5 0,5 1000

Titan 1 6 0,4 1,0 150

2 3

Vônfam 0,08 0,03 250

Đồng thau 1 3

2 1,5

Hợp kim 2,5 2,8

Hợp kim X 0,08 0,5 150

Inconel 718 4 1,1


IV.3.Các thông số công nghệ trong cắt phi kim.


Page 25
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3

Năng lượng tia hội tụ với một bước sóng mà dễ dàng được hấp thụ bởi vật liệu
để quá trình nóng chảy và bay hơi có thể xảy ra. Một thiết bị để phun khí thường là vòi
phun (không khí neùn) để thoåi các sản phẩm phụ ra khỏi vùng cắt, một thiết bị để tùy
theo vết cắt có dạng prôphin bất kỳ. Các hiệu ứng nhiệt còn lại (do phi kim dẫn nhiệt
kém) của quá trình này làm xuất hiện nhiều khó khăn hơn so với cắt kim loại và giới
hạn các ứng dụng của laser trong việc xử lý phi kim loại.

Toác ñoä (m/s)
9
Caét theùp laù vôùi khí
8 oâxy.
7
6 : 1500 – W CO2

5
: : 1000 – W CO2
4
3 : 1750 –W Nd:YAG
2
1
Chiều dày (mm)
1 2 3 4 5 6 7

Hình 4.4. Biểu đồ tốc độ cắt thép lá của Laser CO2 và Nd:YAG.
Khi chịu tác động nhiệt của tia laser, giấy, gỗ và các vật liệu xenlulô phải trải qua
một quá trình bốc hơi được gây ra bởi sự cháy. Tốc độ cắt phụ thuộc vào năng lượng
laser, bề dày vật liệu, các thành phần khí, nước trong vật liệu các vật liệu polime nhiệt
đều được cắt bởi sự nóng chảy và đẩy các vật liệu nóng chảy ra khỏi vùng cắt. Tốc độ
cắt cũng phụ thuộc vào năng lượng laser, bề dày vật liệu, áp suất khí được dùng để
thoåi.
Các polime có thể được cắt bằng sự đốt cháy hay phân raõ hoá học bao gồm các chất
nhiệt đều chịu nhiệt, êpoxi, phenol tốc độ cắt được quyết định bởi năng lượng laser.
Tốc độ cắt cho các loại chịu nhiệt cao hơn so với các loại polime khác do sự thay đổi
pha để bốc hơi.
Các vật liệu composit có thể dễ dàng cắt, nhưng vết cắt tạo ra có chất lượng cao hay
không còn phụ thuộc vào tính nhạy về nhiệt của loại vật liệu kết hợp. Nói chung thực
nghiệm cho thấy việc cắt vật liệu composit bằng quá trình cắt khác có dòng chất lỏng
áp suất cao có hiệu quả hơn là cắt bằng laser .
Các quá trình cắt phi kim bằng laser chỉ đòi hỏi một năng lượng vưa phải. Vì thế
giới hạn duy nhất đến chiều sâu cắt là yêu cầu chất lượng của vết cắt. Trong thực tế,
phần lớn các ứng dụng cắt bằng laser dùng cho vật liệu có bề dày ít hơn 12 mm.




Page 26
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3


Bảng 5. Tốc độ cắt vật liệu phi kim loại của laser CO2.

Vật liệu Bề dày Tốc độ Năng lượng
(mm) (m/ph) (W)

Polyêtylen 1 11 500

Polypropylen 1 17 500

Polystyren 1 19 500

Nylon 1 20 500

ABS 1 21 500

Polycacbonate 1 21 500

PVC 1 28 500

Sợi thủy tinh 1,6 5,2 450

Thủy tinh 1 1,5 500

Ôxýt nhôm 1 1,4 500

Gỗ cứng 10 2,6 500

Ván eùp 12 4,8 1000

Bìa cứng 4,6 9,0 350




Page 27
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3


Bảng 6. Một số loại laser thương mại.

Loại Độ dài Phương Năng Số Thời ứng dụng Ghi
laser sóng thức lượng xung/ gian chú
(µm) hoạt (W) giây tồn tại
động (ms)

Argo 0,4880 Xung 20 (giá trò Sao cheùp Công
n lặp lại cực đại) các phim suất
0,005 (giá 60 mỏng thấp
50
trò trung
bình)

Hồng 0,6943 Xung 2.105 (giá 5-10 0,2-7 Bóc vật liệu Không
ngọc bình trò cực với số kinh tế
thường đại) lượng lớn
trong 1 xung,
khoan các
khuôn kim
cương, hàn
điểm

Nd- 1,6 Xung 2.106 (giá 0,2 0,5–10 Bóc vật liệu Không
Thủy bình trò cực ms lớn trong 1 kinh tế
tinh thường đại) xung

Nd- 1,06 Liên tục 1000 Hàn Nhỏ gọn
a
YAG và kinh
tế ở
công
suất
thấp

1,06 Xung 3.105 (cực 1- 50-250 Cắt điện Nhỏ
lặp lại đại) 2400 ms trở, chế tạo gọn và
0 mạch điện kinh tế
tử

300 (giá trò 300 50 ms
trung bình)




Page 28
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3

1,06 Xung 400 300 0,5-7 Hàn điểm,
bình ms khoan
thường

CO2b 10,6 Liên tục 15.000 Cắt các bật Rất
liệu hữu cô, cồng
cắt kim loại kềnh ở
nhờ oxy năng
suất
cao

10,06 Xung 75000 (giá 400 50-200 Cắt điện trở Cồng
lặp lại trò cực ms kềnh
đại) nhưng
1.5 (giá trò kinh tế
trung bình)

10,6 Cường 100 (giá trò 100 100 µs Hàn, tạo lỗ Cồng
xung trung bình) và lớn và cắt kềnh
hơn nhưng
kinh tế

IV.4.Khả năng công nghệ.
- Có thể khoan các lỗ nhỏ trên vật liệu bằng tungsten, đồng thau, ceramic.
- Gia công được các vật liệu mỏng đặc biệt trong các mạch thích hợp (IC).
- Sửa chữa bằng cách cắt các màng mỏng bị hư trong máy điện toán
- Dùng trong công nghiệp dệt may để cắt một hay nhiều lớp vải.
- Cân bằng động lực cho các động cô chuyển động với các chi tiết yêu cầu độ
chính xác cao không có lệch tâm của chi tiết chuyển động quay việc cân bằng,
bằng cách cho bay hơi vật liệu thưa làm mất cân bằng chi tiết.
- Tạo các lớp cách nhiệt bằng cách cắt lớp trong kỹ nghệ hàng không, vi tính.
- Tạo maãu nhanh.
- Làm cứng các bề mặt cần tôi.
- Cắt đi phần thưa các chi tiết bằng nhựa.
- Gia công cắt hoặc khoan trên ống polyme và kim loại.
- Làm vi mạch điện tử.




Page 29
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3

- Ngoài ra hiện nay còn có nhiều máy gia công vi laser cũng cho pheùp cắt ở
kích thước rất nhỏ các loại vật liệu như: kim cương, thủy tinh, ceramic,
polyme mềm mà các phương pháp khác khó gia công.




Hình 4.5. Máy gia công bằng tia laser.


IV.5.Phương pháp hàn cắt bằng công nghệ laser
• Phương pháp cắt
• Phương pháp hàn bằng công nghệ laser




V.Đặc Điểm vả Phạm Vi Sử Dụng
V.1.1.Ưu điểm

• Không cần dùng buồng chân không.
• Không có vấn đề tích điện trong môi trường.
• Không có phóng xạ Rơn ghen.
• Có khả năng làm việc trong môi trường không khí, khí trở, chân không, hoặc ngay
cả trong chất lỏng hay chất rắn truyền quang.
• Có thể gia công tất cả vật liệu.
• Không có sự tác dụng lực trực tiếp giữa dụng cụ và phôi.
• Phù hợp với các công việc cắt vật liệu ceramic và các vật liệu bị phá hủy nhanh
do nhiệt độ.



Page 30
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3

• Sự chính xác và khả năng gia công các lỗ nhỏ và đường cắt chuẩn xác với biến
dạng xung quanh vùng gia công ít.
• Thời gian tồn tại của xung gia công ngắn do đó năng suất cao.
• Có khả năng tạo ra các rãnh rất hẹp.
• Chế độ gia công êm hơn các gia công khác.

V.1.2.Nhược điểm

• Hiệu suất thấp.
• Khó điều chỉnh công suất ra.
• Khả năng điều chỉnh độ lệch tia kém hơn tia điện tử.

Đường kính nhỏ nhất của điểm chất sáng phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng.

• Có kỹ thuật cao, đầu tư lớn.
• Giá thành cao.
• Cần phải xác định chính xác điểm gia công.

Sự phá hủy về nhiệt có ảnh hưởng tới phôi.
V.2.Phạm vi sử dụng

• Trong công nghiệp, laser được sử dụng vào việc hàn, khoan, cắt, tiện, phay... các
loại vật liệu có độ nóng chảy cao kể cả phi kim.
• Các các rãnh nông, chạm khắc các dụng cụ đo và các chi tiết thép, khắc logo trên
vật liệu kim loại và phi kim.
• Gia công các chi tiết cực nhỏ.
• Gia công vi laser cho phép cắt ở kích thước rất nhỏ các loại vật liệu như: kim
cương, thủy tinh, ceramic, polyme mềm mà các phương pháp khác khó gia công.
• Nhiệt luyện, chẳng hạn tôi cứng các bề mặt bánh răng hoặc mặt trụ.
• Cân bằng động lực cho các động cơ chuyển động với các chi tiết yêu cầu độ
chính xác cao không có lệch tâm của chi tiết chuyển động quay việc cân bằng,
bằng cách cho bay hơi vật liệu thưa làm mất cân bằng chi tiết.
• Laser còn được dùng để kiểm tra chất lượng các sản phẩm đúc, kiểm tra độ tinh
khiết của chất lỏng hoặc khí, các sản phẩm điện tử.
• Tạo các lớp cách nhiệt bằng cách cắt lớp trong kỹ nghệ hàng không, vi tính.
• Gia công các vật liệu mỏng đặc biệt trong các mạch thích hợp (IC). Làm vi mạch
điện tử.
• Tạo mẫu nhanh.
• Dùng trong công nghiệp dệt may để cắt một hay nhiều lớp vải.

HẾT




Page 31
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm
3




Page 32
Đề thi vào lớp 10 môn Toán |  Đáp án đề thi tốt nghiệp |  Đề thi Đại học |  Đề thi thử đại học môn Hóa |  Mẫu đơn xin việc |  Bài tiểu luận mẫu |  Ôn thi cao học 2014 |  Nghiên cứu khoa học |  Lập kế hoạch kinh doanh |  Bảng cân đối kế toán |  Đề thi chứng chỉ Tin học |  Tư tưởng Hồ Chí Minh |  Đề thi chứng chỉ Tiếng anh
Theo dõi chúng tôi
Đồng bộ tài khoản