Đại học Bách Khoa Hà Nội Trường Cơ khí Cơ Khí Chính xác và Quang học
KỸ THUẬT LASER TRONG CHẾ TẠO CƠ KHÍ
Giáo viên :TS. Nguyễn Thành Đông
Email: dong.nguyenthanh@hust.edu.vn
Bài mở đầu : Giới thiệu về Laser
Laser là gì? Sự ra đời và phát triển Ứng dụng của Laser
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 2
Nguồn sáng laser là gì? Laser là tên viết tắt và đã danh từ hoá của cụm từ : “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”
Laser là một trong những phát minh vĩ đại của thế giới
trong thế kỷ XX.
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 3
Nguồn sáng laser là gì?
Nguồn sáng Laser là một nguồn sáng rất đặc biệt so với tất cả các nguồn sáng khác mà người ta thường gọi là nguồn sáng cổ điển. Nguồn sáng cổ điển là tất cả các nguồn sáng
hiện có: Nguồn sáng LamBert có biên dạng sóng cầu nên năng lượng thu trên một diện tích ở khoảng cách xa suy giảm rất nhanh chóng
Các sóng ánh sáng không có độ đơn sắc cao Độ kết hợp hết sức nhỏ - cỡ vài micromet
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 4
Nguồn sáng laser là gì?
• Laser : “Light Amplification by Stimulated
Emission of Radiation”, và có nghĩa là "khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích”
• Laser là nguồn sáng có thể là nguồn trong vùng cực tím (tử ngoại), trong vùng ánh sáng nhìn thấy được và vùng hồng ngoại
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 5
Các đặc điểm chính của nguồn sáng Laser
Độ đơn sắc cao Độ kết hợp cao về không gian, thời gian Độ định hướng rất cao Khả năng hội tụ đến mật độ công suất rất cao.
Những tính chất này làm nảy sinh một lĩnh vực mới là “Quang học Laser” có phạm vi ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành khoa học và kỹ thuật
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 6
Lịch sử ra đời nguồn sáng Laser
Năm 1917, Anhxtanh đã đặt cơ sở cho phát xạ kích thích khi ông cho rằng : chiếu ánh sáng với một tần số thích hợp vào các nguyên tử đang bị kích thích thì có thể làm nó phát xạ cưỡng bức ra ánh sáng có tính kết hợp.
Vào năm 1958, Tanix và Sa-xlop phát hiện ra hiện tượng khuếch đại ánh sáng “Optic Maser” mà sau được gọi là laser
Ngày 16 tháng 5 năm 1960, Theodor Meiman đã tạo ra laser Rubi đầu tiên tại phòng thí nghiệm Hughe, mà nó phát xạ ra chùm ánh sáng có góc mở rất hẹp với bước sóng 649,3nm có độ đơn sắc cao, laser Rubi có công suất lớn và là nguồn bức xạ kết hợp đầu tiên trong vùng nhìn thấy
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 7
Lịch sử ra đời nguồn sáng Laser
Laser khí đầu tiên được chế tạo năm 1961 đây thực sự là một thành tựu lớn, nó phát xạ ánh sáng với bước sóng 1150nm và là laser bức xạ liên tục đầu tiên.
Năm 1962 người ta đã chế tạo laser HeNe có bước sóng 632,8nm là laser liên tục đầu tiên ở vùng phổ khả kiến.
Cũng trong năm 1962, một loại laser khác biệt hẳn về về mặt nguyên tắc cấu tạo so với laser HeNe và Rubi là laser bán dẫn được tạo ra trên tinh thể GaAs do Robert N. Hall. Laser bán dẫn có kích thước nhỏ, hiệu suất cao, điện áp thấp, tuổi thọ dài mà giá thành thấp và được sử dụng phổ biến nhất.
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 8
Lịch sử ra đời nguồn sáng Laser
Ngày nay, khái niệm LASER đã vượt ra ngoài ý
niệm ban đầu. ◦ Nó còn dùng để chỉ các các nguồn phát xạ có tính
định hướng và đồng nhất cao như: laser chùm tia điện tử, laser tia X…
Công suất phát của tia laser ngày càng mạnh,
giá thành ngày càng rẻ
Ứng dụng của laser ngày càng rộng rãi trong các lĩnh vực của công nghiệp, quân sự, y tế và đời sống
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 9
Nguồn sáng Laser
Nguồn sáng Laser do cấu tạo phức tạp của nó
đòi hỏi phải có những hiểu biết cần thiết về hoạt động, điều kiện làm việc và bảo dưỡng nó để đảm bảo được các tính chất đã định của nguồn bức xạ phát ra.
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 10
Ứng dụng nguồn sáng Laser
Tia laser có các tính chất đặc biệt nên được ứng dụng
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực:
Khả năng hội tụ cùng mật độ quang năng lớn của tia laser (độ hội tụ ấy lớn tới hàng triệu W/cm2) với độ chính xác của nó thì người ta có thể chế tạo máy tự động sử dụng laser công suất cao dùng trong các nhà máy cơ khí chính xác.
Các tia laser có thể trở thành những dao cắt sắc bén dùng để gia công các chi tiết phức tạp, hoặc các chi tiết siêu nhỏ, cắt được các vật liệu đặc biệt cứng…dùng trong công nghiệp, y khoa, quân sự
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 11
Ứng dụng nguồn sáng Laser
Tia laser có độ kết hợp cao tạo ra các vân giao thoa
có độ nét cao, ứng dụng trong việc tạo ảnh hologram, chế tạo các thiết bị đo lường chính xác.
Trong văn hoá, nghệ thuật, thể thao, nhờ độ phân giải cao, laser đó nhanh chóng xâm nhập vào đĩa compact và video…
Ngày nay, trong các buổi trình diễn nghệ thuật, thể thao, trong công viên nước, trong vũ trường... không thể thiếu những ánh sáng kỳ diệu nhiều mầu sắc xanh, đỏ vàng…
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 12
Ứng dụng nguồn sáng Laser
Trình diễn ánh sáng
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 13
Giao thoa kế Laser
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 14
Nano Precise Positioning multiple axis positioning stages
https://www.attocube.com/en/applications/prec ision-engineering/nanoprecise-positioning
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 15
Đo lường
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 16
Máy đo ứng dụng Laser
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 17
3D sensors for geometry and surface inspections
Inspection of electronic components
Completeness check of electronic components on fitted PCBs
https://www.micro-epsilon.com/2D_3D/3D-sensors/
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 18
Gia công cơ khí
Cnc milling machine. Processing and laser cutting for metal in the industrial area with coolant. Industrial exhibition of machine tools.
https://www.123rf.com/photo_122192491_cnc-milling-machine-processing- and-laser-cutting-for-metal-in-the-industrial-area-with-coolant-indus.html
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 19
Robot welding process close up Laser cutting of metal on robotic arm with sparks
https://www.dreamstime.com/robot-welding-process-close-up-laser-cutting-metal-robotic-arm- sparks-industrial-assembly-automotive-part-smart-image147351756
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 20
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 21
Khắc Laser
Khắc Laser 3D
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 22
Thiết bị dân dụng
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 23
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 24
Chuột Laser
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 25
Ứng dụng trong y học
Dao laser: mổ lasik
https://www.vinmec.com/vi/tin-tuc/thong-tin-suc-khoe/suc-khoe-tong-quat/mo- lasik-chua-can-thi-co-toan-khong/
https://vnexpress.net/5-phuong-phap-chua-can-thi-cho-nguoi-khong- muon-deo-kinh-3810914.html
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 26
Range: 0.6m - 120m (Photon 120), 0.6m - 20m (Photon 20) Distance error: ±2mm at 25m Repeatability: -10m: 0.4mm rms @90% refl.; -25m: 0.5mm rms @90% refl.
Measurement speed: Up to 976,000 points/sec.
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 27
Tia laser sẽ thay thế bugi: 21/07/2009 Kỹ sư của Ford Anh quốc cùng các nhà khoa học đã phát triển kỹ thuật đánh lửa mới cho động cơ đốt trong, nhằm thay thế chiếc bugi Nhiều ưu điểm khi sử dụng tia laser như khả năng
khởi động tốt ở thời tiết lạnh. Mức độ đốt cháy cũng cao hơn bởi laser có thể tạo nhiều điểm nổ. Mức nhiên liệu cần cho việc khởi động vì thế cũng giảm đi. Việc điều chỉnh quá trình đánh lửa dễ dàng hơn bởi khi cần, tia laser sẽ được kích hoạt sớm hay muộn một cách chính xác, dựa trên thông số về chất lượng nhiên liệu...Kỹ thuật này dự kiến xuất hiện trên những mẫu xe Ford cao cấp.
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 28
Một số nguồn Laser
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 29
• Single Mode
• ~7 - 20 µm feed fiber optic
cable diameter.
• mW to 5 kW
• Multi-Mode
• 50 – 100 µm feed fiber optic
cable diameter.
• 100 W to +20 kW (and greater)
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 30
Ứng dụng trong an ninh – quân sự
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 31
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 32
Vũ khí laser bắn hạ máy bay Công ty Raytheon của Mỹ vừa giới thiệu vũ khí laser có thể bắn rơi máy bay tại triển lãm hàng không Farnborough ( Anh).
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 33
Vũ khí laser mới phóng ra một tia laser mạnh 50 kW ,hệ thống sẽ phóng đồng loạt 6 tia laser tới các mục tiêu. Tia laser truyền năng lượng cực lớn vào mục tiêu và biến nó thành khối lửa.
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 34
Bắn hạ máy bay nhờ không khí Hải quân Mỹ nghiên cứu thành công một loại súng phòng không có khả năng tiêu diệt máy bay nhờ không khí xung quanh.
Những tàu chiến của hải quân Mỹ sẽ được trang bị súng phóng laser từ điện tử trong không khí. Ảnh: Fox News.Fox News cho biết, các nhà khoa học của hải quân Mỹ vừa thử nghiệm loại vũ khí chống máy bay thế hệ mới có khả năng tạo ra tia laser từ các điện tử (electron) trong không khí. Những tia laser mà chúng tạo ra có công suất cực mạnh (lên tới vài triệu Watt).
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 35
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 36
Quét 3D
https://www.3dnatives.com/en/3d- scanner-laser-triangulation080920174- 99/#!
https://xn--knhraovt- k1a0147e.vn/chum-anh-ve-cong-nghe- scan-3d/
03/04/2022 Thanh Dong-CKCX 37
