Khi tất cả các ngành nghề trên Thế giới đều phát triển nhanh chóng về kỹ thuật và chất lượng, trong đó phải kể đến các ngành công nghiệp, thương nghiệp. Để có được những thành tựu quan trọng đó là sự ra đời của những loại máy móc, thiết bị hiện đại làm việc có hiệu quả với những vật liệu có chất lượng cứng, đặc biệt là ngành cơ khí. Đó chính là phương pháp gia công bằng tia laser đang được ứng dụng nhiều nhất hiện nay.
Phương pháp cắt bằng tia laser ra đời đã thay thế cho các phương pháp gia công truyền thống như: Phay, tiện, khoan, bào, mài … Do những vật liệu có đặc điểm là cứng và độ bền cao, khả năng chịu và chống bào mòn cũng cao nên nếu sử dụng các phương pháp gia công cổ điển sẽ không đảm bảo được chất lượng sản phẩm cũng như hiệu quả kinh tế cao.
Một số đặc điểm của phương pháp gia công bằng tia laser
Laser được sử dụng là một công cụ phát ra tia năng lượng rất mạnh, nó giống như một cuộc cách mạng kỹ thuật trong phương pháp gia công kim loại. Phương pháp gia công chùm tia laser là quá trình xử lý nhiệt khi tia laser làm nóng chảy vật liệu cần gia công. Tia laser hoạt động theo chế độ xung, nó được hội tụ trong một chùm tia có đường kính 0,01 mm và được phát ra trong một khoảng thời gian rất ngắn (1/1.000.000 giây) tác động vào vị trí gia công, làm cho vật liệu bị đốt cháy, làm chảy và vật liệu bị bốc hơi.
Phương pháp gia công bằng tia laser có thể cắt được tất cả các vật liệu với bất kỳ cơ tính nào. Phương pháp này có khả năng gia công cả được những chi tiết phức tạp có kích thước nhỏ, tiết kiệm nguyên vật liệu và đạt được độ chính xác cao mang tính cơ khí hóa và tự động hóa.
Nguyên lý hoạt động của phương pháp gia công bằng tia laser
- Máy laser sẽ sinh ra một chùm tia có năng lượng cực cao, tia này chiếu vào bề mặt chi tiết vật liệu cần gia công thông qua hệ thống thấu kính trong máy.
- Chùm tia tập trung này làm vật liệu nóng lên tạo thành một vùng vật liệu bị nóng chảy toàn phần.
- Vị trí vật liệu bị nóng chảy sẽ bị bốc hơi và đẩy ra ngoài khỏi vùng gia công bởi một luồng khí có áp lực cực cao, cùng trục với chùm tia laser. Luồng khí này sẽ làm tăng tốc quá trình gia công đối với một số loại vật liệu nhờ tác động vật lý học và hóa học.
- Vết cắt được sinh ra do vị trí vật liệu bị nóng chảy được di chuyển trên bề mặt chi tiết theo một quỹ đạo có sẵn. Quá trình này được thực hiện do di chuyển của chùm tia laser hội tụ thông qua hệ thống gương hoặc thấu kính.
- Các hình dạng 3D cũng có thể cắt được nhờ vào hệ thống tự động hóa hoàn toàn.
Các giai đoạn của quá trình tác dụng của chùm tia laser vào vị trí gia công
Giai đoạn 1: Vật liệu gia công sẽ hút nguồn năng lượng của chùm tia laser và chuyển hóa nguồn năng lượng này thành nhiệt năng.
Giai đoạn 2: Tia laser tác động nhiệt đốt cháy vật liệu gia công tới nhiệt độ nóng chảy để có thể phá hủy được vật liệu đó. Giai đoạn này có thể gọi là quá trình truyền nhiệt trong vật rắn, nó bị giới hạn về một phía theo phương tác dụng của chùm tia laser kể từ bề mặt tác dụng.
Giai đoạn 3: Đây là giai đoạn mà vật liệu gia công bị phá hỏng và đẩy chúng ra khỏi vùng gia công. Đây cũng là quá trình truyền nhiệt làm bề mặt bị tác dụng luôn thay đổi theo hướng tác dụng của chùm tia laser.
Giai đoạn 4: Vật liệu gia công sau khi chùm tia laser tác dụng sẽ nguội dần và hoàn thành quá trình gia công.
Dụng cụ và thiết bị gia công bằng phương pháp laser
Máy phát tia laser để gia công kim loại gồm có 3 bộ phận chính như sau:
- Đầu phát ra tia laser
- Bộ phận điều khiển và cung cấp điện
- Bộ phận gá đặt chi tiết, vật liệu gia công
Để tạo laser trên vật thể rắn, có thể dùng các tinh thể của các khoáng chất khác nhau hoặc các thủy tinh thể của các chất hiếm như: tinh thể hồng ngọc, thủy tinh neodim. Máy tia laser thường được chế tạo theo dạng máy khoan, máy cắt hoặc máy hàn.
Phân loại các loại laser: Hiện nay có rất nhiều cách để phân loại các loại laser khác nhau, nhưng cách thông thường nhất là dựa vào vật liệu cấu tạo nên môi trường hoạt tính của nó. Các loại tia laser tùy theo yêu cầu kỹ thuật, có thể ở trong các môi trường hoạt tính khác nhau : môi trường khí, môi trường rắn, môi trường lỏng, môi trường bán dẫn. Người ta phân thành bốn loại laser chính là: laser lỏng, laser rắn, laser gama và laser khí. Tuy nhiên loại laser được dùng nhiều nhất và thông dụng nhất đó chính là laser rắn hay còn gọi là laser hồng ngọc.
Ưu điểm của phương pháp gia công bằng tia laser
- Công suất bức xạ rất cao, quá trình gia công không phụ thuộc vào cơ tính của vật liệu gia công. Có thể cắt đứt, khoan hoặc hàn các vật liệu có độ bền cao như kim loại hoặc phi kim mà khó có thể sử dụng các phương pháp gia công truyền thống.
- Gia công được cả những bề mặt có độ phức tạp cao và vị trí gia công khó tiếp cận
- Không cần sử dụng đến dụng cụ cắt, không dùng lực cắt
- Thời gian làm nóng vật liệu gia công ngắn, vết cắt đẹp, nhỏ và ít bị biến dạng nên sẽ đảm bảo được độ chính xác cao và hiệu suất làm việc nhiều, chất lượng sản phẩm được đảm bảo, bề mặt gia công tốt.
- Không có phóng xạ rơnghen và không xảy ra vấn đề điện tích trong môi trường.
Chính những ưu điểm này mà phương pháp gia công bằng tia laser đang được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau. Không chỉ ứng dụng trong ngành cơ khí mà nó còn được ứng dụng trong các ngành nghề khác như: ngành chế tạo máy, y học và đo lường hay truyền thông đều đang được áp dụng.Trên đây là một số thông tin về phương pháp gia công bằng tia laser, nếu các bạn quan tâm đến phương pháp gia công này thì hãy liên hệ ngay với chúng tôi để được tư vấn và giải đáp thắc mắc nhé.