Bài thuyết trình Ứng dụng laser trong máy khoan cắt laser

HVTH: Phạm Đăng Khoa




Chế độ phát liên tục:
◦ Công suất của laser tương đối không đổi so với thời gian.
◦ Sự đảo nghịch mật độ (electron) được duy trì bởi nguồn bơm năng
lượng đều đặn



Chế độ phát xung:
◦ Công suất laser luôn thay đổi so với thời gian, cho phép tập trung năng
lượng cao nhất trong thời gian ngắn nhất.
◦ Tia được phát ra theo cơ chế đóng ngắt.
◦ Nhờ năng lượng lớn nên sinh ra nhiệt lượng lớn, chúng có thể làm bốc
hơi một lượng nhỏ vật chất trên bề mặt mẫu vật trong thời gian rất
ngắn.




Điều kiện
◦ 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

 Chất rắn chính thường là YAG(Ytri, nhôm và Garnet) pha thêm
tạp chất Neodymium

 laser Nd-thủy tinh
 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.





Gồm 3 phần chính sau:
- Đầu phát laser.
- Bộ phận cung cấp điện và điều khiển.
- Bộ phận giá đặt chi tiết gia công.




Bộ lọc:
◦ Tia laser phát ra từ máy không chỉ có duy nhất một bước sóng. 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.




Bộ hội tụ tia:
◦ Rất quan trọng. 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.



Vòi phun khi cắt:
◦ Lớp nóng chảy không được bóc ra một cách hiệu quả có thể
dẫn đến chất lượng vết cắt bị giảm sút.
◦ Khi cắt, người ta cho vào một luồng khí để hỗ trợ, dòng khí tạo
một lực cơ học để đẩy kim loại nóng chảy ra khỏi vùng cắt gọt
và làm lạnh bởi dòng đối lưu.












Cường độ ánh sáng đã được tập trung bằng lăng kính lớn gấp 40 lần
cường độ ánh sáng mặt trời.
Laser được sử dụng để khoan lỗ nhỏ và chiều sâu lỗ tương đối sâu
trên kim loại, ceramic, plastic và composite.
Khoan được các vật liệu kim loại bao gồm thép không rỉ, vonfram,
tantali, bery và urani...
Phương pháp khoan bằng tia laser hiệu quả đối với các lỗ nhỏ, có thể
tự động hóa dễ dàng, tuy nhiên lỗ bị côn, chiều sâu và đường kính lỗ
hạn chế.

So sánh với khoan tia lửa điện và khoan cơ khí thông thường thì
khoan tia lửa điện chỉ khoan được vật liệu dẫn điện, phương pháp
khoan cơ khí truyền thống bị hạn chế bởi mòn và gãy dao.










Khi tập trung laser thành một điểm, ta có thể khoan được các vật liệu
có nhiệt độ nóng chảy cao với đường kính lên đến 100 – 250
micromet.
Để khoan những lỗ nhỏ hơn phải dùng hệ thống lăng kính hội tụ và hệ
thống điều chỉnh cơ khí, khi đó có thể gia công được các lỗ hay rãnh
có đường kính từ 2 - 5 micromet.
Chiều sâu lỗ được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh thời gian và số lần
phát xung.
Thường các lỗ có đường kính lớn 1,25mm ít được khoan bằng laser vì
mật độ năng lượng giảm, vì thế cắt bằng tia laser được sử dụng rộng
rãi hơn khoan.