Chương 1 – TỔNG QUAN • Trong y học: tia laser được sử dụng làm dao mổ trong phẫu thuật vì dễ điều khiển, kiểm soát sâu và có diện tích tiếp xúc nhỏ. Sử dụng sợi quang để truyền dẫn ánh sáng laser đến các bộ phận trong cơ thể (dạ dày, ruột…) để chuẩn đoán và điều trị. • Trong kỹ thuật toàn hình: tạo ảnh toàn hình. • Trong thẩm mỹ: tia laser được sử dụng để tái tạo bề mặt da, điều trị các tổn thương sắc tốc trên da (tàn nhan, đồi mồi…), xóa bỏ hình săm.
• Trong truyền thông: tia laser như một luồng sóng điện từ rất mạnh, có khả năng mang một lượng thông tin lớn. Do đó nó được sử dụng để truyền thông tin liên lạc trên mặt đất và trên vũ trụ. Ngoài ra, tia laser còn được sử dụng để định vị vệ tinh nhân tạo, điều khiển hệ máy bay cất cánh và hạ cánh. • Trong nông nghiệp: dùng để kích thích tăng trưởng, xử lí hạt giống làm tăng tỉ lệ nảy mầm.
• Trong ngành công nghiệp: gia công vật liệu với độ chính xác cao. Có thể hàn, cắt, khoan các loại vật liệu đặc biệt như kim cương, thủy tinh, sứ. Ngoài ra còn được sử dụng để kiểm tra chất lượng sản phẩm với độ tin cậy và chính xác cao. ❖ Nguyên lí khắc laser.
7 Nguyên lí hoạt động của đầu khắc laser Tia laser được điều hướng thông qua các gương phản xạ. 8 Chương 1 – TỔNG QUAN Khi tia laser đi qua thấu kính hội tụ đặt tại đầu khắc, chùm tia laser được hội tụ lại một điểm trên bề mặt cần khắc. Nhiệt độ tại điểm này rất cao dẫn đến vật liệu bị đốt cháy tạo ra những nét khắc. Phần phoi được đẩy ra khỏi bề mặt khắc nhờ vào chùm khí đồng trục với tia laser.
Việc này diễn ra liên tục trên bề mặt cần khắc. Tùy thuộc và từng loại vật liệu khắc và chế độ khắc khác nhau thì có các loại khí khác nhau. ❖ Các loại bề mặt gia công • Mặt phẳng: trên bề mặt phẳng, các hình ảnh cần được khắc thì ở cùng một độ cao nhất định so với đầu khắc laser. Do đó, ta không cần thay đổi độ cao của đầu khắc laser khi khắc.
8 Ảnh khắc laser trên bề mặt phẳng. • Mặt cong: đối với những chi tiết có dạng hình trụ, khi phôi quay tròn, độ cao từ đầu laser tới bề mặt khắc không thay .Do đó, ta không cần thay đổi độ cao của đầu khắc trong suốt quá trình khắc. 9 Chương 1 – TỔNG QUAN Hình 1. 9 Sản phẩm khắc trên bề mặt cong.
❖ Cấu tạo của máy khắc laser. Cấu tạo của máy khắc laser bao gồm các thành phần chính: nguồn laser, kết cấu máy, hệ thống điều khiển. Nguồn laser: bộ phận phát laser để khắc. Hệ thống điều khiển: điều khiển vị trí của đầu khắc, tốc độ di chuyển, cường độ của tia laser.
Kết cấu máy: cấu trúc của máy, quy định cách hoạt động của đầu laser và phôi. Một số loại máy khắc laser phổ biến hiện nay ❖ Máy khắc laser CO2 Máy laser CO2 sử dụng CO2 ở thể khí để tạo môi trường làm việc cho máy khắc điện kế laser. 10 Chương 1 – TỔNG QUAN Hình 1. 10 Máy khắc laser CO2 JL – K6090 Bảng 1.
Bảng thông số của máy khắc laser CO2 JL – K6090 Không gian làm việc 900×600 mm Tốc độ khắc 600 mm/s Độ chính xác 0.01 mm Nguyên liệu khắc Vải, da, gỗ, mica, nhựa… Độ nét Khắc chữ nhỏ đến 1 mm Công suất Laser 80 – 100W • Ưu điểm: − Tốc độ khắc cao, trung bình khoảng 350mm/s. − Công suất lớn. − Độ chính xác cao (sai số 0. − Khắc được trên nhiều loại vật liệu khác nhau như gỗ, mica, giấy, vải, da.
• Nhược điểm: − Cần bảo trì thường xuyên. • Ứng dụng: 11 Chương 1 – TỔNG QUAN − Khắc thông tin, logo, hình ảnh lên quà tặng bằng thủy tinh, pha lê, kim loại. − Khắc trên vải, da để tạo những sản phẩm tinh tế và độc đáo. ❖ Máy khắc laser Fiber.
Máy khắc laser fiber là máy khắc sử dụng nguồn tia laser được truyền đi thông qua các sợi cáp quang (hay còn gọi là tia laser fiber). Những tia laser fiber này hội tụ lại một điểm thông qua thấu kính với bước sóng khoảng 1. Máy có trang bị hệ thống làm mát bằng không khí. 11 Máy khắc laser Fiber EMC – 1530F Bảng 1.
Bảng thông số của máy khắc laser Fiber EMC – 1530F Không gian làm việc 1500×3000 mm Tốc độ khắc 1250 m/phút Độ chính xác ±0.03 mm Nguyên liệu khắc Kim loại … Độ nét 0.1 mm Công suất Laser 1 – 4 Kw Gia tốc 0.6 m/s2 12 Chương 1 – TỔNG QUAN • Ưu điểm: − Khắc được trên nhiều bề mặt kim loại khác nhau như: sắt, thép, đồng, nhôm, kẽm, titan… − Tốc độ khắc nhanh: thời gian hoạt động và xử lí của máy khắc laser fiber nhanh gấp 5 lần dòng máy khắc laser CO2 truyền thống. − Độ chính xác cao: độ sai số khi khắc khoảng 0. • Nhược điểm: − Khối lượng lớn, phù hợp với việc lắp đặt cố định. • Ứng dụng của máy khắc laser Fiber: − Trong cơ khí: dùng để khắc trên vật liệu như ốc vít, cờ lê, các chi tiết máy như khung sườn… − Trong sản xuất linh kiện điện tử: dùng để khắc trên điện thoại di dộng, thép không gỉ, khuôn mẫu, IC, nút bấm điều khiển máy.
− Trong y tế, dược phẩm: dùng để khắc dấu mã vạch, mã QR, số series trên sản phẩm. − Trong kiến trúc, xây dựng: dùng để khắc trên bề mặt dạng ống, dạng tấm, dạng tròn, khắc logo, khắc mô hình nhà ở, mô hình kiến trúc. − Trong ngành kim hoàn: dùng để khắc trên các chi tiết nhỏ và phức tạp trên vàng, bạc, trang sức … đòi hỏi độ chính xác cao và sai số thấp. ❖ Máy khắc laser UV Máy khắc laser UV sử dụng ánh sáng khuếch đại từ tia tử ngoại(UV) để khắc và cắt.
Ánh sáng từ tia uv là ánh sáng lạnh và không có hiệu ứng nhiệt. Do đó, không phá hủy bề mặt như các máy khắc laser thông thường. Máy được làm mát bằng nước. 13 Chương 1 – TỔNG QUAN Hình 1.
12 Máy khắc laser UV WM/UV Bảng 1. Bảng thông số của máy khắc laser UV WM/UV Không gian làm việc 600×800 mm Tốc độ khắc 8000 mm/phút Độ chính xác 0.05 mm Nguyên liệu khắc Thủy tinh, gốm, sứ, nhựa Độ nét 0.01 mm Công suất Laser 3 – 10 w • Ưu điểm: − Bước sóng ngắn, điểm tập trung nhỏ, vùng nhiệt bị ảnh hưởng sẽ được giảm tối đa trong quá trình khắc. − Tốc độ khắc nhanh và hiệu suất xung cực ổn định, phù hợp cho các ứng dụng vi mô. − Hoạt động ổn định 14 Chương 1 – TỔNG QUAN − Khắc được trên nhiều loại vật liệu khác nhau như: thủy tinh, gốm, sứ, nhựa … • Nhược điểm: − Không phù hợp khắc trên vật liệu kim loại.
• Ứng dụng: − Chủ yếu sử dụng cho việc xử lí bề mặt chai đóng gói mỹ phẩm, thuốc và các vật liệu polime. − Đánh dấu, khứa vạch lên tấm phức hợp PCB, tấm silicon, xử lí lỗ mù của màn hình tinh thể lỏng LCD tinh vi. − Đánh dấu mã Bar-code lên bề mặt kính,kim loại có phủ, đánh dấu silicon wafer, sản xuất màn hình phẳng, xử lí vật liệu pin mặt trời. ❖ Máy khắc laser nguồn tinh thể (laser diode) Máy khắc laser nguồn tinh thể sử dụng laser diode.
Diode laser dùng mối nối P-N phát ra ánh sáng kết hợp tất cả các sóng cùng tần số và pha. Diode laser có bước sóng từ 405 nm- 808nm. Thông thường,người ta hay sử dụng bước sóng 450nm. 13 Máy khắc laser AiKO 3040 2500mW Bảng 1.4: Bảng thông số của máy khắc laser AiKO 3040 Không gian làm việc 400×300 mm 15 Chương 1 – TỔNG QUAN Tốc độ khắc 8000 mm/phút Độ chính xác 0.01 mm Nguyên liệu khắc Gỗ, tre, nhựa, hoa quả … Độ nét 0.01 mm Công suất Laser 2.5w • Ưu điểm: − Laser diode có bước sóng dài để khắc các vật liệu kim loại.
− Tuổi thọ cao (khoảng 5000 giờ). • Nhược điểm: − Công suất nhỏ ( khoảng 250mW-10W). • Ứng dụng: dùng để khắc trên vật liệu phi kim như: gỗ, vải, giấy… 1. Các dạng kết cấu của máy khắc laser 1.Kết cấu chuyển động theo phương X-Y Thông thường, trong máy khắc laser, phôi khắc cố định, đầu khắc laser di chuyển theo phương X -Y, đầu khắc laser cố định phôi khắc di chuyển, hoặc phôi khắc di chuyển theo phương X đầu khắc laser di chuyển theo phương Y.
14 Kết cấu di chuyển của máy khắc laser theo phương X và phương X – Y ❖ Đầu laser di chuyển theo phương X, bàn máy di chuyển theo phương Y. • Ưu điểm: 16 Chương 1 – TỔNG QUAN − Hệ thống ổn định • Nhược điểm: − Không gian làm việc lớn. − Kết cấu của bàn máy phức tạp. ❖ Đầu laser di chuyển theo phương X-Y, bàn máy cố định.
• Ưu điểm − Không gian làm việc nhỏ. − Kết cấu máy nhỏ gọn, dễ chế tạo. • Nhược điểm. − Dễ rung động, thiếu chính xác do không lượng phân bố không đều.
Kết cấu phôi được gắn trên trục xoay Kết cấu sử dụng mâm cặp xoay. 15 Mâm cặp để cặp phôi Trong kết cấu sử dụng mâm cặp xoay, đầu khắc laser di chuyển dọc trục, còn phôi được gắn trên một hệ thống xoay. Cơ cấu này dùng để khắc những vật có dạng hình trụ 17 Chương 1 – TỔNG QUAN Hình 1. 16 Máy khắc laser Cronos và sơ đồ nguyên lí Bảng 1.
Bảng thông số của máy khắc laser Cronos Không gian làm việc 100×200 mm Tốc độ khắc 100mm/s Độ chính xác 0.01 mm Vật liệu khắc Gỗ, giấy, tre, nhựa Công suất đầu laser 7.5w • Ưu điểm: − Khắc được những vật có dạng hình trụ. − Phôi khắc được kẹp chặt trên mâm cặp. − Bộ truyền đơn giản về kết cấu. • Nhược điểm: − Kích thước khắc bị giới hạn.
− Mất một phần không gian để kẹo chặt vật. − Kích thước mâm cặp lớn, chiếm nhiều không gian máy. Kết cấu xoay sử dụng con lăn. 18 Chương 1 – TỔNG QUAN Hình 1.
17 Kết cấu sử dụng con lăn • Ưu điểm: − Chiều dài không bị giới hạn. − Kết cấu nhỏ gọn. − Làm việc êm, không gây tiếng ồn. • Nhược điểm: − Do sử dụng con lăn để xoay phôi khắc dẫn tới hiện tượng trượt giữa con lăn và phôi, giảm độ chính xác.
− Lực căng đai gây tác dụng lực lên ổ lăn. Hệ thống glavo Hệ thống Glavo ( hệ thống quét chùm tia laser): thông thường ở máy khắc laser, đầu laser di chuyển, phôi khắc được cố định. đầu laser và phôi được cố định.