ườ
Tr
ề ng ĐH Ti n Giang
ơ
ớ
L p ĐH CNKT C Khí 15
ƯƠ
PH
NG PHÁP GIA CÔNG Ằ
B NG TIA LASER
ự ệ Sinh viên th c hi n:
ễ ạ Nguy n Thành Đ t 015137007
ễ Nguy n Văn Kha 015137013
ữ L Minh Đoàn 015137018
ễ Nguy n Thành Nhiên 015137009
Ụ
Ụ
M C L C
ệ ắ ằ
ệ ề
i thi u v công ngh c t b ng tia
I. Gi
ớ laser II. Phân lo iạ
ạ ộ
III. Nguyên lí ho t đ ng ắ ươ
IV. Các ph
ng pháp c t
ấ ạ ủ ệ ố V. C u t o c a h th ng
ượ
Ư VI. u nh
ể c đi m
ớ
ệ ề
ệ
ằ
I. Gi
i thi u v công ngh gia công b ng tia laser
ầ
ượ
Tia laser đ
ệ
ự
ụ
ề ề
ậ
ệ
ạ
ằ
ng pháp gia công b ng laser
c phát minh đ u tiên vào ừ ở tháng 5 năm 1960 b i Maiman. T sau khi ụ ượ ứ c ng d ng trong phát minh, tia laser đ ượ ứ c ng d ng nhi u lĩnh v c. Hi n nay nó đ ắ ắ ệ nhi u trong vi c gia công, c t kh c các v t li u kim lo i. ươ Ph ộ
ẩ
ả
ẩ
ỹ
cho ố t c đ gia công nhanh chóng, chính xác và ả ả đ m b o tính th m m cao cho s n ph m sau khi gia công.
ệ
ớ ộ ổ
ạ
ị ế ậ
ệ
ộ
ử
ệ
ệ
ị
ướ ấ t th p, đ
Công ngh laser v i đ n đ nh ử và linh ho t cao, x lý không ti p ở xúc và không làm giãn n v t ượ ơ ắ t tr i h n các li u. C t laser v ả ở kh năng x lý công ngh khác ị ắ ổ ng c t n đ nh, vùng chính xác, h ắ ườ ị ch u nhi ng c t m n và đ p.ẹ
ự
Máy c t laser c c k lí t
ả
ưở c t
ỳ ắ ượ ố ắ
ớ
i pháp c t đ ử ệ ệ ờ
ạ ử
ạ
ả
ắ ng ạ ầ khi b n c n gi i ề ờ ư u hoá v th i gian x lý. Máy c t laser v i các công ngh hi n đ i có ộ đ chính xác cao và th i gian x lý ầ nhanh, góp ph n vào quá trình t o ẩ ra các thành ph m hoàn h o.
ể ắ ầ
ạ ậ ệ ợ
ạ
ồ
ự
ấ
ố
ỗ
ỷ
ậ ệ V t li u gia công ế Laser có th c t h u h t các lo i v t li u: • Kim lo i: thép, nhôm, đ ng, titan, h p kim… • Phi kim: g m, thu tinh, g , gi y, polymer, composite, cao su, nh a…
ươ
ề
ể ế ợ
ng Ứ d ngụ ng pháp gia công trên 1 máy:
Có th k t h p nhi u ph • C tắ • Khoan • Đ c lụ ỗ • Hàn ắ ề ặ • Kh c b m t, kh c sâu • Đánh bóng chi ti
ắ tế
Kim lo iạ
Gỗ
V iả
mica
II. Phân lo iạ
ươ
ạ
ề Có nhi u ph
ng pháp phân lo i laser:
ự
ạ
ng ho t tính, chia laser
ạ
ỏ
ườ ậ ệ ấ ạ 1. D a theo v t li u c u t o nên môi tr ắ thành 3 lo i: laser r n, laser l ng, laser khí
ượ
ạ
ồ
ộ
ọ
ng: laser khí đ ng h c
ả ự
ấ ọ
2. Phân lo i theo ngu n cung c p năng l hay laser ph n l c, laser hoá h c, laser gamma
ườ
ạ
ườ
Thông th
ng, hay phân lo i theo môi tr
ạ ng ho t tính:
vi c b c x c a m t s ch t có tính
ừ ệ ứ ạ ủ c t o thành t ẫ ồ
ọ
ẫ
ộ ố ấ ạ
ng là h ng ng c, bán d n (các lo i bán d n
ượ ạ ắ v Laser r n: đ ấ ặ ườ ệ t, th ch t đ c bi ạ ạ lo i N hay lo i P: gecmani, silic, axenit, gali,…
), YAGNeodym...
ấ ỏ
ạ
ỏ
ườ
ợ ữ
ỗ
v Laser l ng: Có hai lo i ch t l ng th
ng dùng là các h n h p h u
ấ
ạ
ơ c kim lo i và ch t màu.
ư
ạ
v Laser khí: có các lo i nh laser CO2N2, laser CO2NeHe, laser
N2, Ar..
ồ
ạ
ấ
ọ ộ
ồ ụ ằ ặ
ọ
ộ
ạ
VD: Laser h ng ng c có c u t o g m m t ố kh i hình tr b ng đá ồ h ng ng c đ t bên trong m t đèn xênôn ắ có d ng xo n.
ấ
VD: Laser khí CO2 ạ ồ t o g m có c u ệ ố ng khí CO2, đi n ệ ầ ự ở c c 2 đ u, h ố th ng làm mát.
ượ
Ố ng phóng tia ử c s laser CO2 đ ủ ế ụ d ng ch y u cho ắ các máy kh c laser, ắ máy c t laser, máy laser đánh d uấ
ạ ộ
III. Nguyên lí ho t đ ng
ắ
ượ ẫ
ử ụ
ướ
Máy c t laser s d ng tia laser c
c d n h
ộ ườ ng đ cao đ ề ặ ậ ệ
ể ắ
ế
ấ
ậ
ạ
ng thông qua ệ ố h th ng các th u kính đ n b m t v t li u đ c t theo các hình d ng l p trình.
ươ
ắ
IV. Ph
ng pháp c t laser
ạ
ắ
1. C t laser kim lo i thông th
ng
ườ ấ
ể
ạ
Hai ph
ng pháp tiêu bi u nh t trong x lý c t kim lo i laser là
ạ
ạ
ắ ử ắ ố
ươ ả
ắ c t làm ch y kim lo i (Fusion Cutting) và c t đ t nóng kim lo i (Flame Cutting).
ượ
ượ
ng cao đ
ề ặ
ở ế
c t p trung lên b m t chi ti
c sinh ra b i t
1. M t chùm tia năng l ẽ ượ ậ ấ
ơ ả
ộ
ạ
ậ ệ
2. Chùm tia này đ t nóng v t li u và t o nên m t
ậ ệ
ầ
ả
ố ả ụ ộ vùng v t li u nóng ch y c c b . ậ ệ ộ
ị ẩ ự
ỏ ồ
ụ
ở
ộ ố ạ ậ ệ ắ ở
ố ớ ố
ộ
ọ
ọ
3. Ph n v t li u nóng ch y b đ y ra kh i vùng gia công b i m t dòng khí có áp l c cao, đ ng tr c ớ v i chùm tia laser. Đ i v i m t s lo i v t li u thì dòng khí này làm tăng t c quá trình c t b i tác đ ng hóa h c và lý h c.
ể
ể
ế ắ
ượ
ệ ố
ể
ặ
ấ
ậ ệ ệ
ng XY trên bàn máy CNC. Các h th ng t
ắ ượ
ỹ ạ ặ 4. Tia laser ho c phôi di chuy n theo qu đ o và ự ộ c th c hi n sinh ra v t c t. Chuy n đ ng này đ ể ờ ệ ằ b ng cách di chuy n chùm tia laser nh h th ng ơ ộ CNC ho c chuy n đ ng c khí t m v t li u theo hai ự ố ươ ph ộ đ ng hóa hoàn toàn cho phép c t đ c các hình dáng 3D.
Nguyên lý c b n: ộ máy phát laser s đ ờ ệ ố gia công nh h th ng th u kính.
ạ ả ắ
ơ
ạ ạ ả ể ắ ắ
ườ ng c t. Fusion cutting đ ớ ư ỉ ổ ậ ệ ụ ườ ủ ế ắ ạ ả ỏ ạ ệ ặ ng c t s ch, bóng, đ c bi
ể ạ ạ ỉ ạ Khi c t làm ch y kim lo i (Fusion Cutting), tia laser làm làm nóng ch y ấ kim lo i, cùng lúc đó dòng khí tr áp su t cao th i v t li u nóng ch y ra kh i ượ ứ c ng d ng ch y u đ c t kim lo i phôi t o đ ể t thép không g (inox) và nhôm, v i u đi m đ không đ l ấ i t p ch t, g c nh
ậ ươ ự ệ C t làm nóng v t li u (Flame cutting – t ng t
ắ ớ
ườ ề ặ ẽ ượ ườ
ệ ộ t đ nh t đ nh, sau đó lu ng tr khí (th ả ứ ắ ể ắ ạ ở nhi ạ ạ ạ ườ ấ ị ỏ ệ ả ổ ng dùng đ c t Thép non (Thép Cacbon). Khi c t, tia laser s đ t nóng l p b m t ồ kim lo i c th i vào t o ph n ng t a nhi đèn khò laser) th ẽ ố ng là khí oxy) s đ ắ ng c t. ợ t và làm ch y kim lo i t o đ
So sánh Fusion Cutting Flame Cutting
ỉ ắ ượ ậ ệ ắ V t li u c t
c Thép cacbon và ắ Ch c t đ ấ ợ các h p kim s t th p
ệ ồ ộ ả
ậ ề ắ ượ c nhi u v t li u kim C t đ ư ạ lo i nh Nhôm, inox, đ ng, … ậ ệ ữ ừ tr nh ng v t li u có đ ph n quang cao
ậ ơ ơ ố ộ ắ T c đ c t Ch m h n Flame cutting Nhanh h n Fusion Cutting
ấ ượ ượ ắ ị ằ ồ Ch t l ắ ng c t
ạ ng c t c nh m n, ị ỉ ạ ể ị ấ Ch t l ạ s ch, bóng, không b g c nh
Không b ng Fusion do lu ng ợ tr khí oxy không th làm m n ắ ạ c nh c t
ệ 2. Công ngh Laser Fiber
ệ ấ ượ ớ v i ch t l
ươ ố ử Công ngh Laser Fiber ề nhi u ph ng pháp t n kém khác trong quy trình x lý thi ể ấ ế ng chùm tia cao c p có th thay th ỏ ế ị t b siêu nh .
ệ ượ ạ ướ
Hi n nay, các công c , thi ề ế ị ng đ t b ngành y, ô tô, đi n t ệ t là các thi
ệ ử ế ị ụ ướ ệ ể ử ệ ạ c t o ra ngày ... Do t b siêu
ế ị t b công nghi p có xu h ệ ỏ ơ ặ càng nh h n v kích th c đ c bi ế ữ ỉ đó ch có nh ng công ngh tiên ti n, hi n đ i có th x lý trên các thi vi này.
ớ ệ ấ ộ * V i ch t l
ể ử ệ ề ả
ẻ ơ ầ ớ
ệ ử ơ ạ ả ơ
ủ ề ả ấ ấ ượ ụ ng chùm tia cao c p, công ngh laser fiber là m t ví d ấ ề ớ ế ị t b công nghi p v i đi n hình nh t v kh năng x lý vi mô trên nhi u thi ạ ệ ấ chi phí r h n g p 23 l n so v i công ngh x lý hi n đ i khác.Thêm vào ộ ử i nhanh h n và linh đ ng h n khi tích đó, kh năng x lý c a fiber laser l ợ h p vào các dây chuy n s n xu t.
ệ 3. Công ngh Laser CO2
ở
ợ S dĩ g i là laser CO2 vì cho h n h p khí ch y u là CO2 cùng v i Heli, ơ ủ ế ạ ọ ạ ỗ ố ừ ớ đó t o ra ánh sáng laser. Nit … ch y qua tia plasma trong ng phóng t
ấ
ơ ả
ủ
ạ
ệ IV. C u t o c b n c a h th ngố
Ngu n Laser
ồ ọ ạ
ư
: là thành ph n ầ ặ ấ quan tr ng nh t và t o nên đ c ệ ớ ư ự t v i tr ng cũng nh s khác bi ệ ắ các công ngh c t khác.
ộ ồ
ộ ồ
ơ ồ
ệ
ệ
ế ấ ậ G m các nhóm b ph n ưở ng chính sau: bu ng c ng h ả ơ ộ dao đ ng; B m nh i, B m x ; ạ ệ ố H th ng t o đi n cao áp RF ặ ệ ớ v i đi n áp 3~4KV ho c cao ệ ố ầ ố ớ ơ i 2MHz; H th ng h n, t n s t ế ả ộ ả các c m bi n nhi t đ , c m ế ả ấ bi n áp su t, c m bi n công su t Laser…
ệ ơ ấ ề là m t h k t c u khung máy, băng máy, các c c u truy n H máy chính
ộ ệ ế ấ ọ ộ ệ ề ị ể ể
ạ ệ ụ ủ ề ộ ơ
ệ ề ặ ọ
ữ ẫ ầ ớ ị
ộ đ ng d ch chuy n theo t a đ , h đi u khi n CNC. ộ ệ Nhi m v c a h máy chính là t o lên m t h truy n đ ng c khí chính ộ ể ể ứ xác, có ch c năng đi u khi n và di chuy n n i suy hình h c 2D,3D ho c >3D ọ ộ ể ư ầ đ đ a đ u d n tia laser t i nh ng v trí t a đ yêu c u. ề ể ứ ể
ệ ề ủ ạ ộ ể ậ ộ
ể ư ề ệ ố ệ ố ự ộ ấ ả ẩ
ệ ố ụ ả ố Ngoài ra h đi u khi n CNC còn có ch c năng đi u khi n, ki m soát và ồ duy trì ho t đ ng c a các b ph n khác trong h th ng nh đi u khi n ngu n ệ ấ phát Laser, h th ng c p phôi và l y s n ph m t đ ng, h th ng làm mát, h ệ ố th ng hút khí b i, h th ng c nh báo an toàn…
ấ ướ
ứ
ắ VD: Máy c t thép t m ườ th c ng có kích th ấ ớ l n, công su t laser cao ấ ạ nên c u t o máy ph c ề ồ ạ t p, c ng k nh.
ắ
ạ ế
ắ
t
ườ
ỏ
ng có kích th
ấ
ữ VD: Máy kh c ch , kh c ho ti ấ ướ c nh , công su t th ả ơ ấ ạ laser th p nên c u t o máy đ n gi n.
ứ
ơ
ưỡ ơ ng là h th ng b m và làm mát c ồ ả ậ ấ ủ ấ ố ế ấ ả
§ H th ng làm mát: ướ ạ ưở ươ ả ả ệ ử . Ngoài ra đ i v i các linh ki n đi n t ệ
ạ ấ ệ ệ ố ườ ng b c th ồ ế ấ ộ t ph i làm mát bao g m: bu ng c s ch. Các b ph n nh t thi ồ ệ ệ ố ng, kh i công su t c a h th ng đi n cao áp RF, b m nh i, ng ph n x và th u kính ể công su t khác có th
ạ ả ằ
ệ ố
§ H th ng b m nh t…
Ngoài ra còn có: ệ ố ằ b ng n ộ c ng h ơ b m x , c m bi n công su t Laser, các g ố ớ ộ ụ h i t làm mát b ng qu t t n nhi t. ụ ơ § H th ng b m hút khói b i ơ ệ ố ớ
ậ ể V. Đ c đi m kĩ thu t
q
ặ Ư ể
u đi m:
ụ
ạ
ơ Ø Do quá trình c t không va ch m, không có tác d ng c
ọ
ế
ụ
ắ ệ
h c, nên ti
t ki m chi phí công c
ạ
ỏ
ệ
ắ ườ ể ng c t nh , i 1 đi m, đ ế ệ ạ ế t nh , bi n d ng nhi t ít, ti
t
ệ ắ ậ t c t t p trung t ỏ ưở ng nhi ậ ệ
ệ
ồ v Ngu n nhi ả vùng nh h ki m chi phí v t li u hao phí
ắ ạ
ầ
ướ
ẹ v Mép c t s ch đ p, không c n các b
ụ c gia công ph
thêm
ắ ượ
ắ
ề
v C t và kh c đ
ạ ậ ệ c nhi u lo i v t li u
ượ
ể c đi m:
q Nh v Chi phí đ u t
ư ầ ế ố ớ ng đ i cao so v i các
t b t ứ ạ ả ậ ươ ị ươ máy móc, trang thi ng pháp khác. V n hành, b o trì ph c t p. ph
ượ
Nh
ắ ằ
ả
ể c đi m: ấ ớ
ượ
ạ ộ v Nhôm r t khó c t b ng laser vì nhôm làm ph n x m t ế ớ
ề
ệ
ng l n tia laser và l
t truy n vào chi ti
ỉ
ạ ở ạ ệ ố
ế ị
ề ả
ư ỏ ấ
ậ
ồ
ọ ớ
ơ
ượ t l n và l ng nhi ể ự nhanh. N u đi u ch nh tiêu c tia laser không đúng thì có th chùm tia b ph n x tr l i h th ng phun gây h h ng các ộ b ph n quang h c. Trong khi đó đ ng nguyên ch t còn khó gia công h n so v i nhôm.
