Ứng dụng của laser trong công nghệ vật liệu

Ứng dụng của laser trong công nghệ vật liệu Học viên: Lê Duy Nhật Seminar... Ứng dụng laser trong công nghệỨng dụng laser gia công vật liệu... Sơ đồ nguyên lý cắt bằng tia laser Những đặ

Ứng dụng của laser

trong công nghệ vật liệu

Học viên: Lê Duy Nhật

Seminar

Ứng dụng laser trong công nghệ

Ứng dụng laser gia công vật liệu

Sơ đồ nguyên lý cắt bằng tia laser

Những đặc tính kỹ thuật ảnh

hưởng đến quá trình cắt:

Nguồn laser, dạng xung hay liên tục,

bước sóng,phân cực, dạng chùm tia, vị

trí đầu cắt…

Tốc độ dịch chuyển, điều khiển vị trí

tiêu điểm của chùm tia

Đặc tính của vật liệu cắt

Sử dụng hai loại laser CO2 và laser

Nd:YAG

Các phương pháp cắt:

Phương pháp đột biến về nhiệt

Cắt bằng khoan: thường dùng cắt các vật cứng, có nhiệt nóng chảy cao như: ceramic, thuỷ tinh…

Phương pháp đốt nóng chảy và thổi

Phương pháp bay hơi

Phương pháp cắt nguội: dùng tia

Laser có bước sóng cực tím,

dùng trong vi phẩu thuật,

cắt plastic

Laser CO2, áp suất khí thổi 3-10 bar, đường kính chùm tia 1-2mm

Các thông số cắt kim loại sử dụng laser Nd:YAG

Thường sử dụng laser CO2 hơn là laser Nd:YAG trong cắt vật liệu.

Laser Nd:YAG cũng có những lợi điểm so với laser CO 2

Thao tác với các chi tiết nhỏ trên những phần vật liệu nhỏ.Cắt tốt các vật liệu có hệ số phản xạ cao, như hợp kim của đồng hay hợp kim của bạc

Nếu có sử dụng sợi cáp quang thì sẽ di chuyển mũi cắt một cách dễ dàng

Nhược điểm:

Không thể cắt các vật liệu là hữu cơ, thạch anh, thuỷ tinh.Công suất nhỏ

Ưu điểm cắt bằng laser:

Cắt được hầu hết các loại vật liệu, cả các vật liệu có từ tính cũng như không có từ tính

Rãnh cắt sắc cạnh, có độ chính xác cao

Có thể cắt theo đường thẳng hay đường cong bất kỳ

Không biến dạng cơ học và biến dạng nhiệt ít

Tốc độ cắt nhanh

Dễ dàng áp dụng vào tự động hoá nâng cao năng suất

Không gây tiếng ồn, không gây ô nhiễm môi trường làm việc bởi bụi

Nhược điểm:

Chiều dày cắt hạn chế 10 – 20 mm (tuỳ thuộc công suất của nguồn laser)

Hàn

Sử dụng chùm laser làm nóng chảy hai phần tiếp xúc nhau để kết dính với nhau

sự phụ thuộc tốc độ hàn vào độ sâu của mối hàn

Những lợi điểm của phương pháp hàn laser:

Độ tập trung năng lượng cao hàng chục KW vào một điểm có kích thước 0.2-0.3 mm

Miền truyền nhiệt nhỏ, sự giảm nhiệt độ nhanh

Giảm sự biến tính vật liệu do nhiệt trong quá trình hàn

Không cần gia công sau khi hàn

Sử dụng laser đánh dấu hay mã hoá thông tin trên sản phẩm

Đối với các vật liệu khác nhau thì cần có các bước sóng laser thích hợp

Loại laser Các loại vật liệu

Thủy tinh.

Nd:YAG

(64%) Nhựa (PTB, mica,…) Kim loại, bán dẫn.

Excimer (3%) Polymer (teflon, tefzel)

thuỷ tinh, ceramic.

Theo thống kê (1999) trên 22000 đơn vị marking trên toàn thế giới

Loại laser Lĩnh vực ứng dụng

CO2 (33%) Điện tử (ICs, tụ điện, transistor, TV tubes)

Đóng gói (xà phòng, thuốc, họp chứa thức uống,

đồ ăn).

Nd:YAG

(64%)

Điện tử (ICs, bàn phiếm, switch,…)

Tự động hoá (các chi tiết kim loại)

Y học (ống tiêm, thùng chứa) Không gian vũ trụ (màng hình, dây dẫn,…)

Excimer

(3%)

Điện tử (tụ điện, dây dẫn trong máy bay).

Những ưu điểm của laser

Sử dụng các xung laser ngắn để gia công các lỗ sâu

Phương pháp này dựa trên cơ sở lớp kim loại bay hơi do tác dụng của nhiệt gia công

Tổng năng lượng xung kích sẽ

Bảng tính toán h và d cho một số vật liệu khi tiêu điệm nằm trên bề mặt vật liệu

Phương pháp khoan được ứng dụng trong: kỹ thuật chế tạo máy, kỹ thuật điện, kỹ thuật hàng không, dệt…

Ưu điểm:

Thời gian thực hiện nhanh, nâng cao năng suất

Khoan được những lỗ rất nhỏ mà các phương pháp gia công cơ học không thể làm được

Lỗ khoan đẹp, có độ chính xác cao

Quang khắc

ứng dụng trong công nghệ bán dẫn

sử dụng laser excimer tử ngoại

Gia công tinh vi

chế tạo các chi tiết tinh vi ứng dụng trong lĩnh vực kỹ thuật cao

sử dụng laser tử ngoại

Ngoài ra còn các ứng dụng khác của laser trong công nghệ như: sử dụng laser xử lý bề mặt, tôi cứng kim loại, nấu chảy kim loại….

Laser còn được sự trong lĩnh vực chạm trỗ.

Tài liệu tham khảo

1 Vật Lý Laser – Nguyễn Hữu Chí, Trần Tuấn – ĐHQG TP.HCM 2002

2 Vật Lý Laser và ứng dụng – Đinh Văn Hoàng, Trịnh Đình Chiến – ĐHQG

Hà Nội 2003

3 Internet

4 Các tài liệu khác.