Vật lí Laser - Ứng dụng laser trong công nghệ vật liệu
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (695.84 KB, 24 trang )
Ứng dụng của laser
trong công nghệ vật liệu
Học viên: Lê Duy Nhật
SeminarỨng dụng laser
trong công nghệ
Ứng dụng laser
gia công vật liệu
cắt
hàn
khoan quang khắc
gia công tinh vi
marking
Cắt
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 CO
2
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 CO
2
, 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 CO
2
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.
Tốc độ hàn nhanh.
Nhược điểm:
Giá thành đầu tư cao.
Sự làm lạnh nhanh dễ.
Gây ra sự nứt gãy.
Marking
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
CO
2
(33%) Nhựa (PVC, PET,…)
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
CO
2
(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
marking.
Độ tin cậy cao, thời gian làm việc
lâu dài.
Dấu không thể rửa.
Tốc độ nhanh.
Quá trình không tiếp xúc trực tiếp
với sản phẩm.
Có thể làm việc tự động hoá.
Hạ giá thành sản phẩm.
So với các phương pháp
thông thường như: khắc hoá
học, dập dấu cơ học, đóng
dấu bằng nhiệt, in mực …
Khoan
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
quyết định kích thước lỗ.
Dựa vào độ chính xác: đột lỗ
thường hoặc đột lỗ chính xác.
Dựa vào tương quan độ sâu và
đường kính của lỗ:
lỗ sâu h/d > 1
lỗ không sâu d/h <1
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.
