Gia công laser là một trong những phương pháp gia công rất đặc biệt. Vậy gia công bằng chùm tia laser là gì? Nó có những ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng gì trong đời sống? Hãy cùng Inox Kim Vĩnh Phú tìm hiểu qua bài viết sau đây!
Mục lục bài viết
Gia công bằng chùm tia laser là gì?
Gia công bằng chùm tia laser là phương pháp gia công đặc biệt. Nhờ vào năng lượng tập trung rất mạnh của tia laser mà vật liệu nóng chảy và bốc hơi. Từ đó việc gia công: Cắt, hàn, hay xử lý bề mặt của vật liệu,… trong các ngành công nghiệp cơ khí sẽ dễ dàng hơn.
Một chùm tia laser có đường kính chỉ khoảng 0,01 mm và trong một phần triệu giây nó có thể tạo ra nhiệt lượng rất lớn tác động vào bề mặt phôi. Một phần vật liệu sẽ bị loại bỏ khỏi phôi vì nóng chảy và hóa hơi.
Như vậy, có thể nói rằng về cơ bản gia công bằng chùm tia laser là tận dụng nhiệt lượng để loại bỏ vật liệu và tạo hình sản phẩm dễ dàng hơn. Gia công laser có thể được dùng cho cả vật liệu kim loại và phi kim.
Xem thêm: Dịch vụ gia công cắt laser CNC inox tại Kim Vĩnh Phú
Nguyên lý hoạt động chùm tia laser
Nguồn điện công nghiệp khi đi qua biến thế và nắn dòng sẽ được nạp vào trong hệ thống tụ. Điện áp tối đa của tụ là 2 kV để có thể điều khiển sự phóng điện tới đèn phát xung được đặt ở trong buồng phản xạ ánh sáng. Buồng phản xạ này có dạng hình trụ, tiết diện cắt ngang của nó là hình elip.
Khi đèn phát xung phát sáng thì toàn bộ năng lượng sẽ tập trung ở vị trí có đặt thanh hồng ngọc. Các ion Cr+3 của thanh hồng ngọc sẽ bị kích lên mức năng lượng cao, khi tụt xuống nó sẽ phát ra những lượng tử.
Nhờ vào hệ dao động của những gương phản xạ mà các lượng tử này sẽ đi qua đi lại nhiều lần qua thanh hồng ngọc. Đồng thời nó sẽ kích những ion Cr+3 khác rồi cùng phóng ra chùm tia lượng tử. Gương phản xạ toàn phần sô 5 có độ phản xạ ánh sáng là 99%, còn gương phản xạ 6 là 50%. Một mặt sẽ phát sinh chùm tia laser ở phía dưới. Mặt khác khoảng 1% chùm tia phát ra qua gương phản xạ toàn phần số 5 sẽ được tế bào quang điện thu lại.
Thông qua hệ thống chuyển đổi sẽ biết được năng lượng của chùm tia đã phát ra khỏi máy hay chưa. Chùm tia nhận được qua gương 6 được tập trung bởi hệ thấu kính hội tụ 7, tác dụng lên những chi tiết gia công được đặt trên bàn máy và có khả năng di chuyển tọa độ theo ba phương X, Y, Z.
Khi tập trung chùm tia laser vào vị trí gia công cần phải chọn hệ thống quang học và chế độ gia công. Như là năng lượng chùm tia tới, thời gian xung tác dụng của chùm tia, tiêu cự hệ thống quang học cùng với số xung laser.
Cơ sở phát triển và môi trường của gia công bằng tia laser
Laser có khả năng phát tia sáng và có thể ra phóng xạ song song rất mạnh. Xét về phương diện quang học, chúng ta có thể hình dung nguồn sáng này là một điểm sáng được đặt trong vô cực. Chúng có kích thước nhỏ chỉ cỡ một điểm chấm.
Những photon trong điều kiện nào đó có thể kích thích được các nguyên tử vật chất. Những phân tử hay nguyên tử này sẽ bức xạ ra những photon thứ cấp giống hệt như vậy.
Những photon thứ cấp này có cùng pha với những photon ban đầu. Vì vậy trong vật chất có thể xuất hiện quá trình nhận photon, cũng như hiện tượng bức xạ ra sóng điện từ với bước sóng nhất định. Đây là nguyên lí chung của các tia laser.
Tuỳ vào yêu cầu kỹ thuật mà chúng có thể ở trong những môi trường với nhiều hoạt tính khác nhau. Chẳng hạn như: Môi trường khí, môi trường rắn, môi trường lỏng hay môi trường bán dẫn.
Môi trường khí
Laser khí là loại laser được dùng khá phổ biến. Chúng có sự kích thích phóng điện và việc điều khiển nó cũng tương đối đơn giản. Có ba loại laser khí, đó là loại nguyên tử dạng trung hoà, loại ion hoá và loại phân tử. Hiện tại laser CO2 là loại phổ biến nhất. Laser khí CO2 có thể được sử dụng ở dạng tinh khiết. Nếu thêm vào các khí như N2 hoặc H2 theo tỉ lệ nào đó thì có thể hạn chế được những tổn thất do năng lượng bức xạ nhiệt. Từ đó mà hiệu suất của laser khí CO2 cũng được tăng thêm.
Môi trường rắn
Trong các tia laser rắn thì môi trường hoạt tính là chất rắn. Chúng thường là hồng ngọc nhân tạo. Ngoài ra thì người ta còn dùng một số loại khác như hợp chất thuỷ tinh Nê – ô – din Nd hay Cu – ropi – Eu.
Môi trường bán dẫn
Theo lý thuyết, mỗi cặp electron và hai lỗ trống sẽ gặp nhau. Chúng trung hoà với nhau và phát ra ánh sáng. Vì hiệu suất của mỗi laser bán dẫn có thể biến đổi công suất bằng phương pháp biến đổi dòng điện kích thích. Nên nó được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp điện tử.
Hiện nay laser dạng lỏng vẫn chưa được ứng dụng trong gia công kim loại. Ứng dụng của laser ở trạng thái rắn trong gia công kim loại vẫn đang được nghiên cứu. Đa số laser trong trạng thái rắn sẽ dùng thanh rubin nhân tạo màu hồng.
Ưu và nhược điểm của phương pháp gia công bằng tia laser
Ưu điểm
- Không cần dùng đến buồng chân không.
- Không lo đến các vấn đề về điện tích trong môi trường.
- Không tạo ra phóng xạ rơnghen.
- Vì có công suất bức xạ cao nên quá trình cắt sẽ không phải phụ thuộc vào cơ tính của phôi liệu. Có thể khoan, hàn, cắt đứt những vật liệu có độ bền cao, phi kim loại, hay các vật liệu khó gia công bằng các phương pháp truyền thống.
- Thời gian nung vật liệu rất ngắn, vùng chịu tác động hẹp, vết cắt nhỏ và ít biến dạng, có thể đảm bảo được tính chính xác và chất lượng trên bề mặt gia công.
- Không cần dùng dụng cụ cắt và không có lực cắt.
- Cắt được cả những bề mặt phức tạp và các vật liệu ở vị trí khó tiếp cận nhất.
Nhược điểm
- Tỷ lệ sản xuất thấp do không thiết kế để sản xuất hàng loạt.
- Một số loại tia laser rất khó hoặc không thể điều chỉnh công suất ra.
- Khả năng điều chỉnh độ lệch tia kém hơn các tia điện tử.
- Đường kính nhỏ nhất của điểm chất sáng phụ thuộc rất nhiều vào bước sóng ánh sáng.
Xem thêm: Cắt laser là gì? Ưu nhược điểm và ứng dụng của laser CNC
Ứng dụng của gia công bằng chùm tia laser
- Được dùng trong hàn, khoan, cắt, tiện, phay,… những loại vật liệu có độ nóng chảy cao bao gồm phi kim.
- Có thể được dùng để cắt các rãnh nông, chạm khắc dụng cụ đo, chi tiết thép, khắc logo trên kim loại, phi kim.
- Gia công được chi tiết cực nhỏ, có cắt với kích thước rất nhỏ các loại vật liệu như: kim cương, thủy tinh, ceramic hay polymer mềm.
- Có thể được dùng để kiểm tra chất lượng sản phẩm đúc,độ tinh khiết chất lỏng hoặc khí, những sản phẩm điện tử.
- Có thể gia công các vật liệu rất mỏng, như các mạch tích hợp (IC), vi mạch điện tử.
- Ứng dụng trong công nghiệp may để cắt một hay nhiều lớp vải.
- Laser được dùng để giải phẫu, điều trị bệnh bong võng mạc mắt, khoan răng, châm cứu,… trong y khoa
- Trong cuộc sống, laser còn hữu ích qua máy in laser, máy photo laser,…
Trên đây là các thông tin về gia công bằng chùm tia laser từ Inox Kim Vĩnh Phú. Hy vọng bài viết trên đã cung cấp các thông tin hữu ích cho quý khách hàng về phương pháp gia công này!
Phòng tư vấn bán hàng: 0981 776 847
Inox Kim Vĩnh Phú là đơn vị uy tín trong lĩnh vực gia công cắt laser inox đa dạng sản phẩm từ nhỏ tới lớn, từ đơn giản tới phức tạp với mức giá phải chăng. Quý khách hàng có nhu cầu gia công sản phẩm bằng laser có thể liên hệ với chúng tôi để được tư vấn chi tiết
