CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1. Công nghệ laser được phát minh vào năm 1960. Từ đó đã trải qua những bước phát triển vượt bậc. Kể từ những năm 1970, các nhà khoa học đã tìm ra cách để sử dụng laser để etch chip máy tính silicon.
Trong những năm 1980, họ sử dụng chúng để làm phẫu thuật mắt bằng. Hiện nay, công nghệ laser được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau như y học, khoa học vật liệu, quang học và điện tử. Tuy nhiên, công nghệ laser cũng có những hạn chế. Ví dụ, tia laser có thể gây ra thiệt hại cho mắt và da của con người.
Đặc biệt, trong lĩnh vực cơ khí công nghệ laser được áp dụng vô cùng rộng rãi. Ví dụ, công nghệ laser CO2 được sử dụng phổ biến trong gia công kim loại dựa trên sự tác động của luồng khí CO2 kích thích nguồn điện và phát sáng. Công nghệ cắt kim loại bằng tia laser là một trong những công nghệ hiện đại nhất được nghiên cứu và tạo ra từ những chuyên gia cơ khí hàng đầu thế giới. Công nghệ xử lý laser tạo ra chùm tia laser có mật độ năng lượng cao bằng cách tập trung năng lượng ánh sáng qua thấu kính, sử dụng các đặc tính của chùm tia laze và tương tác vật liệu để cắt, hàn, xử lý bề mặt, đục lỗ và gia công vi mô (kể cả kim loại và phi kim).
Tuy nhiên, ở Việt Nam ta hiện nay các máy khắc laser còn hạn chế về vật liệu, hình dạng của vật liệu làm việc. Vì thế nhóm chúng tôi sau một khoảng thời gian thảo luận đã thống nhất quyết định chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu, phát triển máy khắc sử dụng tia laser trên mặt cong”. Đề tài này nhằm mục đích nghiên cứu tìm hiểu nguyên lý hoạt động và ứng dụng của tia laser khắc lên bề mặt cong hoặc tròn xoay (ví dụ: bề mặt trái cây, bề mặt chai lọ,…), sau đó phát triển và chế tạo một máy khắc laser trên khung máy trên mặt cong, máy được số hóa và điều khiển bằng phần mềm Mach3 để điều khiển gia công. Đề tài này là tiền đề nghiên cứu để phát triển khả năng gia công bằng tia laser trên đa vật liệu sử dụng phần mềm điều khiển số.2 Tính cấp thiết của đề tài.
Hiện nay, trong ngành cơ khí nói chung, lĩnh vực gia công cơ khí nói riêng đang ngày càng yêu cầu cao về độ chính xác và tiết kiệm thời gian. Tuy nhiên ở Việt Nam hiện nay, công nghệ laser tuy được áp dụng phổ biến nhưng còn khá đơn giản, chỉ ở mức gia công đơn giản chưa áp dụng vào các lĩnh vực cần độ chuyên sâu. Nguyên nhân là do chuyên môn và am hiểu về công nghệ này vẫn chưa được phổ biến rộng rãi như các phương pháp truyền thống. Đặt biệt các máy trên thị trường hiện nay con tương đối đơn giản, bị hạn chế ở nhiều điểm như sau: - Hạn chế trong việc xử lý đa chiều: máy khắc laser 2-3 trục chỉ có khả năng làm việc trên các trục tương ứng.
Điều này có nghĩa là nó có thể khắc hoặc cắt trên mặt phẳng hoặc các hình dạng -1- đặc biệt có thể di chuyển trên hai hoặc ba trục. Tuy nhiên, nó không thể làm việc trên các hình dạng phức tạp hơn như các bề mặt cong, không gian 3D hoặc cấu trúc phức tạp. - Giới hạn độ chính xác và độ phức tạp của công việc: máy khắc laser 2-3 trục có thể gặp hạn chế trong việc đạt được độ chính xác cao và xử lý các công việc phức tạp. Các trục di chuyển độc lập có thể tạo ra sai số và biến dạng khi làm việc trên các bề mặt phức tạp, và máy có thể gặp khó khăn trong việc xử lý các mẫu và cấu trúc có chi tiết nhỏ hoặc phức tạp.
- Hạn chế về tốc độ và hiệu suất: máy khắc laser 2-3 trục thường có tốc độ làm việc chậm hơn so với các máy có nhiều trục hơn hoặc các máy công nghiệp khác. Điều này có thể làm giảm hiệu suất sản xuất và làm việc trong một khoảng thời gian dài để hoàn thành các công việc lớn. - Khả năng giám sát và kiểm soát hạn chế: vì các trục di chuyển độc lập, máy khắc laser 2-3 trục có thể gặp khó khăn trong việc giám sát và kiểm soát các vị trí và quỹ đạo chính xác của công cụ laser. Điều này có thể ảnh hưởng đến độ chính xác và độ tin cậy của quá trình khắc hoặc cắt.
- Hạn chế trong việc mở rộng và nâng cấp: máy khắc laser 2-3 trục có giới hạn trong việc mở rộng và nâng cấp thành các hệ thống có nhiều trục hơn. Nếu yêu cầu công việc phức tạp hơn và đa dạng hơn, có thể cần phải đầu tư vào các máy có nhiều trục hoặc công nghệ khác. Chính vì những hạn chế trên cho thấy sự cần thiết về sự phát triển của công nghệ khắc laser trong lĩnh vực gia công cơ khí ở Việt Nam ta. Chính vì thế nhóm chúng tôi quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu, phát triển máy khắc sử dụng tia laser trên mặt cong” làm đề tài tốt nghiệp với mục đích tìm hiểu về công nghệ khắc laser, ứng dụng khắc laser lên đa dạng về hình dạng, vật liệu gia công điều khiển tự động bằng phần mềm Mach3.
Đề tài tìm hiểu để đáp ứng các tiêu chí về ứng dụng của laser trong gia công tự động đảm bảo độ chính xác, làm tiền đề để có thể phát triển thành gia công tự động trên đa hình dạng vật liệu gia công sau này.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.1 Ý nghĩa khoa học: - Đã đề xuất được kết cấu một máy khắc trên mặt cong sử dụng tia laser theo nguyên lý CNC 4 trục. - Đã đề xuất được bộ điều khiển và lựa chọn phần mềm điều khiển.2 Ý nghĩa thực tiễn: Nghiên cứu và phát triển công nghệ máy khắc laser giúp cải thiện hiệu suất và độ chính xác của quá trình khắc và cắt các vật liệu. Điều này mang lại lợi ích cho nhiều lĩnh vực khoa học như -2- nghiên cứu vật liệu, nghiên cứu và phát triển công nghệ sản xuất, nghiên cứu về quang học và công nghệ laser.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài. - Tìm hiểu các máy khắc laser trên thị trường về nguyên lý hoạt đông.
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động các máy CNC 4 trục có trên thị trường. - Thiết kế và chế tạo máy khắc laser trên mặt cong dựa trên nguyên lý máy CNC 4 trục.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.1 Đối tượng nghiên cứu. - Máy khắc laser có trên thị trường: nghiên cứu sẽ tập trung vào tính năng, khả năng và hiệu suất của máy khắc laser có trên thị trường. - Các máy CNC 4 trục: nghiên cứu sẽ tập trung tìm hiểu nguyên lý hoạt động, kết cấu, các hoạt động của các máy CNC 4 trục có trên thi trường.
- Vật liệu khắc laser: nghiên cứu có thể tập trung vào khả năng khắc laser trên các vật liệu phổ biến như gỗ, nhựa, da, vải, gốm sứ, kim loại mềm (như nhôm và đồng), và các bề mặt trái cây.2 Phạm vi nghiên cứu. - Vùng làm việc: tìm hiểu và khảo sát các vật liệu có bề mặt cong trên thị trường để đề xuất ra kích thước vùng làm việc tối ưu nhất cho máy. - Độ sâu khắc: tính toán khảo sát về độ sâu khắc của tia laser phù hợp trên từng loại vật liệu khác nhau. - Tốc độ khắc: tính toán ra tốc độ khắc phù hợp cho từng loại vật liểu để đạt được năng suất tốt nhât.6 Phương pháp nghiên cứu.1 Cơ sở phương pháp luận.
Cơ sở phương pháp luận cho đề tài nghiên cứu về máy khắc laser trên mặt cong có thể bao gồm các phương pháp và quy trình sau: - Tiếp cận nghiên cứu: đầu tiên, cần xác định phương pháp tiếp cận nghiên cứu. Điều này bao gồm việc đặt câu hỏi nghiên cứu cụ thể, xác định mục tiêu nghiên cứu và định hình phạm vi của đề tài. Tiếp đó, xác định khối lượng thông tin cần thu thập và tìm hiểu tài liệu liên quan đến máy khắc laser trên mặt cong và ứng dụng của nó trên trái cây. - Phân tích và đánh giá: tiếp theo, cần tiến hành phân tích và đánh giá thông tin đã thu thập được.
Điều này bao gồm phân tích tính năng, ưu điểm và hạn chế của máy khắc laser trên mặt -3- cong, cũng như nghiên cứu các nghiên cứu liên quan đã được thực hiện trước đó. Đánh giá sẽ giúp xác định các khoảng trống kiến thức hiện tại và vấn đề cần giải quyết trong lĩnh vực này. - Thiết kế nghiên cứu: sau khi có cái nhìn tổng quan, cần thiết kế kế hoạch nghiên cứu chi tiết. Điều này bao gồm việc xác định phương pháp thí nghiệm, các bước thực hiện và các tham số đo lường cần thiết.
Đồng thời, cần xác định đối tượng nghiên cứu, ví dụ như loại trái cây cụ thể, các thông số kỹ thuật của máy khắc laser trên mặt cong và các tiêu chí đánh giá chất lượng sản phẩm. - Thực hiện nghiên cứu: tiến hành thực hiện các thí nghiệm và các bước nghiên cứu theo kế hoạch đã thiết kế. Điều này bao gồm việc sử dụng máy khắc laser trên mặt cong để khắc trên trái cây, thu thập dữ liệu, đo lường và ghi nhận các thông số quan trọng liên quan đến hiệu suất và chất lượng khắc. - Phân tích kết quả: phân tích dữ liệu thu được từ các thí nghiệm và nghiên cứu.
Sử dụng các phương pháp thống kê và phân tích dữ liệu, xác định và đánh giá các kết quả nghiên cứu. So sánh kết quả với mục tiêu nghiên cứu và các công trình nghiên cứu tương tự để rút ra kết luận và đưa ra những phân tích sâu hơn. - Trình bày kết quả: cuối cùng, viết báo cáo hoặc bài báo khoa học trình bày kết quả nghiên cứu. Báo cáo nên bao gồm mục tiêu nghiên cứu, phương pháp thí nghiệm, kết quả và phân tích, nhận xét và đề xuất để phát triển công nghệ máy khắc laser trên mặt cong trên trái cây.
Trong quá trình nghiên cứu, cần tuân theo các nguyên tắc và phương pháp nghiên cứu khoa học, bao gồm đảm bảo tính khách quan, sử dụng kiến thức cơ bản, thiết kế thí nghiệm kiểm soát và đảm bảo tính lặp lại, và phân tích kết quả theo cách khoa học và logic.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể.
