Ứng dụng Laser trong kỹ thuật

Ứng dụng Laser trong kỹ thuật

ứng dụng laser

Ngay từ khi ra đời laser đã hứa hẹn nhiều ứng dụng trong kỹ thuật: Đo, cắt, khoan, hàn, vạch dấu, Hơn 20 năm nay lĩnh vực áp dụng laser đã phát triển không ngừng

1982: Giáo sư Ohshiro (Nhật Bản) là người đầu tiên đã công bố việc sử dụng laser để

xử lý khối u trong Y tế Phát minh này kéo theo việc hoàn thiện thiết bị, mở rộng phạm vi áp dụng mà không qua bước thử nghiệm trên động vật như thường làm trong

Y tế

1986: Phát hiện qua thực nghiệm ở nhiều mẫu sinh thiết cho thấy rằng xử lý laser

không làm hoại tử các mô tế bào tại vùng xử lý do đó có thể dùng laser cho nhiều mục đích khác nhau trong Y tế kể cả để nhổ lông vĩnh viễn

1994: Lần đầu tiên laser được sử dụng trong công nghiệp do đó việc hoàn thiện thiết

bị trở nên cấp thiết

1997: Laser được đưa chính thức vào giáo dục ở bậc đại học

đến 10-7

s

2000: Dụng cụ dạy học laser xuất hiện lần đầu tiên

2002: Thiết bị đo công nghiệp ra đời ở quy mô thương mại quốc tế qua hợp tác

Mỹ-Hàn quốc (2002)

Thiết bị laser & đặc tính kỹ thuật

Sử dụng trực tiếp laser để cắt, khoan lỗ, hàn, kẻ dấu cho mọi loại vật liệu, thiết bị gồm các loại sau:

Thiết bị dùng laser Nd: YAG dùng để cắt,

khoan có công suất từ 50W đến 400W

Thiết bị dùng laser Nd: YAG để hàn, thiết bị

có công suất từ 250W đến 400W cố định

hoặc di động

Thiết bị dùng laser CO2 dùng để cắt và

khoan có công suất từ 150W đến 1 kW

Thiết bị kẻ dấu, tạo mác dùng laser Nd:

YAG

Thiết bị khoan + cắt dùng laser Nd:YAG

Các hệ thống thiết bị dùng laser trực tiếp

đều được trang bị bàn điều khiển CNC 2

hoặc 3 chiều nhận trực tiếp bản vễ từ

Autocad hoặc Solidworks

Các số liệu kỹ thuật:

Hệ thống đo đạc độ chính xác 0,1àm

Chiều rộng dao nhỏ nhất 20àm

Lỗ nhỏ nhất có thể khoan là 25àm

Các công nghệ phụ có thể áp dụng:

Nhiệt luyện, vê tròn góc, đánh bóng điện, khử bavia,

Sử dụng trực tiếp laser có ưu điểm:

Thiết bị đơn giản, công suất đảm bảo, vận hành an toàn, dễ kiểm tra

Cắt bằng tia laser

Chi phí cho dụng cụ cắt gần nh− bằng không, có thể cắt lại khi cần, cắt nhanh Hiện nay tuy cắt bằng tia laser vẫn còn trong giai đoạn R&D nh−ng phát triển rất nhanh Chất l−ợng vết cắt rất cao ổn định thích hợp cho sản xuất hàng loạt và đơn chiếc

Sử dụng thiết bị cắt laser trực tiếp có tốc độ cắt cao, chính xác dùng cho các loại vật liệu dạng ống, tấm thanh bằng:

thép cacbon, thép không gỉ, Ni, Al, latông, Ti, Au, Cu

Thuỷ tinh, Al2O3, saphia

Nhựa urêtan, sợi thuỷ tinh, ABS, PS, teflon, caosu silicon, PC,

ống thép không gỉ cắt bằng laser Nd:YAG

Vết cắt thép không gỉ bằng laser Nd:YAG

Nhựa PC cắt bằng laser CO 2

Tấm latông cắt bằng laser Nd:YAG Thuỷ tinh silicat vi cắt bằng laser

Ưu điểm nổi bật của cắt bằng tia laser là thời gian chờ cắt bằng không, chi phí dụng

cụ bằng không, vật liệu đ−ợc sử dụng tối −u, cắt nhanh, linh động đặc biệt là vật liệu dạng tấm và tấm hình

Chiều dày tấm cắt có thể tới 20mm đối với thép cacbon trung binh và 12 mm đối với thép không gỉ vết cắt chất l−ợng cao, song song không gợn với độ chính xác ±0,2mm Linh động

đối với các sản phẩm cắt hình phức tạp Sản phẩm cắt có thể lấy đ−ợc cả 2 nửa, vết cắt hẹp, dùng máy tính còn linh động và tiết kiệm vật liệu hơn nữa Khí bảo vệ cho phép chánh oxy hoá kim loại

nguyên lý cắt bằng tia laser

Nhờ thấu kính hội tụ mật độ năng lượng tia laser tại vùng cắt cao, vật liệu bị nóng chảy, bay hơi một phần, dòng khí nén N2 hoặc O2 thổi trực tiếp với áp lực cao vào vùng nóng chảy đẩy kim loại bắn ra ngoài Vết cắt càng hẹp khi điểm cắt càng gần tiêu cự

Dùng khí thổi oxy

Dùng khí thối O2 (hình a với laser 1,8kW) có oxy kích thích tốc độ cắt tăng, do tăng nhiệt hoá học

Dùng khí thổi nitơ

Dùng khí thối N2 ngăn ngừa oxy hoá kim loại, thích hợp cho cắt thép không gỉ (hình

b với laser 1,8kW)

Hàn

Hàn bằng tia laser nhanh nên nhiệt ít truyền ra xung quanh do đó ít ảnh hưởng xấu tới vùng xung quanh, vết hàn đều, đẹp lì, độ sâu đều Có thể hàn trong khí bảo vệ hoặc trong hộp khí trơ

Để nâng cao chất lượng mối hàn cần chọn vật liệu hàn thích hợp, công nghệ hàn tốt:

Ti lên Ti, thép cacbon lên thép cacbon (%C<0,2),

lên W, thép không gỉ 304SS lên W, thép không gỉ 316SS lên thép không gỉ 316SS (hoặc 316L)

Hàn nắp HK nhôm 4047 lên hộp HK nhôm 6061

Laser và khí thổi O 2

Hướng cắt

Khoan laser

Sơ đồ máy khoa laser CNC: TC5000R bàn rộng 3000x1500

Kỹ thuật khoan mới nhất đều dựa trên thiết bị CNC, nhờ điều khiển theo chương trình khoan laser chính xác, đường kính lỗ khoan khác nhau, phân bố bất kỳ

Tạo lỗ lưới xàng bằng tia laser

Cũng như cắt khoan laser hầu như không có chi phí dụng cụ, có thể sửa chữa thay đổi

đường kính (to lên) rễ ràng, nhanh Đường kính lỗ có thể rất nhỏ 25 đến 150 àm Các thiết bị khoa hiện nay thường làm việc với CNC 2 hoặc 3 trục thẳng hoặc quay làm vciệc với laser

CO2 công suất từ 150W đến 1kW, hoặc laser Nd:YAG

cho các loại vật liệu sau:

thép cacbon, thép không gỉ, hợp kim Al, Cu và latông,

Ni, Ti,

ceramic (AlN, thuỷ tinh, Al2O3), polyme (acrilic,

polyimide, PC, )

Chú ý phải thiết kế lỗ côn L/D nằm trong giới hạn cho

phép vì chùm tia laser hội tụ xiên Theo định luật

thumb : độ côn nhỏ nhất là 2,5% chiều dày (xem hình

D

L

Vạch dấu bằng tia laser

Ngoài việc dùng laser để cắt, hàn, khoan người ta còn dùng laser để vạch dấu: ghi mác, tên sản phẩm, công ty, chỉ tiêu kỹ thuật lên các vật liệu: polyme, kim loại, ceramic dùng laser Nd:YAG - 45W (xem hình (a) lên thuỷ tinh silicat, lên hợp kim Al anôt hoá màu vàng (b) lên hợp kim Al anôt hoá màu đen (c) và lên thép dụng cụ (d)

(a) (b) (c) (d)