Thiết kế tính toán hệ thống đầu khắc máy khắc laser cho chi tiết dạng cầu

Điểm tối đa Điểm đánh giá 1 Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, giải quyết các nhiệm vụ đồ án được giao 8,0 1a - Tínhcấpthiết,tínhmớinộidungchínhcủaĐATN có những phần mới so vớ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐẦU KHẮC

MÁY KHẮC LASER CHO CHI TIẾT DẠNG CẦU

Người hướng dẫn: ThS.Nguyễn Quang Dự Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoài Linh

Mã sinh viên:1 9 1 1 5 0 4 1 1 0 1 2 0 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Lâm

Mã sinh viên:1 9 1 1 5 0 4 1 1 0 1 1 9 Lớp: 19C1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ

KHÍ CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐẦU

KHẮC MÁY KHẮC LASER

CHO CHI TIẾT DẠNG CẦU

Người hướng dẫn: ThS.Nguyễn Quang

Dự Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoài Linh Mã sinh viên:1 9 1 1 5 0 4 1 1 0 1 2 0 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng

Lâm Mã sinh viên:1 9 1 1 5 0 4 1 1 0 1 1 9 Lớp: 19C1

Đà Nẵng, ngày… tháng… năm 20 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốtnghiệp:

1 Về tính cấp thiết, tính mới, mục tiêu của đề tài: (điểm tối đa là1đ)

2 Về kết quả giải quyết các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án: (điểm tối đa

là 4đ)

3 Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp: (điểm tối đa là2đ)

4 Kếtquảđạtđược,giátrịkhoahọc,khảnăngứngdụngcủađềtài:(điểmtốiđa là 1đ)

5 Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnhsửa:

III Tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: (điểm tối đa là2đ)

IV Đánhgiá:

1 Điểmđánhgiá: /10 (lấy hết 1 số lẻ thậpphân)

2 Đềnghị:☐Đượcbảovệđồán☐Bổsungđểbảovệ☐Khôngđượcbảovệ

Người hướng dẫn TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KỸ THUẬT

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA

VIỆT NAM

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho người phản biện)

I Thông tinchung:

1 Họ và tên: Nguyễn Hoài Linh – 1911504110120

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốtnghiệp:

1 Về tính cấp thiết, tính mới, mục tiêu của đề tài: (điểm tối đa là1đ)

2 Về kết quả giải quyết các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án: (điểm tối đa

là 4đ)

3 Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp: (điểm tối đa là2đ)

4 Kếtquảđạtđược,giátrịkhoahọc,khảnăngứngdụngcủađềtài:(điểmtốiđa là 1đ)

5 Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnhsửa:

Điểm tối đa

Điểm đánh giá

1 Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, giải quyết các nhiệm vụ đồ án được giao 8,0

1a

- Tínhcấpthiết,tínhmới(nộidungchínhcủaĐATN có

những phần mới so với các ĐATN trướcđây);

- Đề tài có giá trị khoa học, công nghệ; giá trịứng

dụng thựctiễn;

1,0

1b

- Kỹ năng giải quyết vấn đề; hiểu, vận dụng được

kiến thức cơ bản, cơ sở, chuyên ngành trong vấn đề

nghiêncứu;

- Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánhgiá;

- Khảnăngthiếtkế,chếtạomộthệthống,thànhphần, hoặc

quy trình đáp ứng yêu cầu đặtra;

3,0

1c - Chất lượng sản phẩm ĐATN về nội dung báo cáo, bản vẽ, chương trình, mô hình, hệ thống,…; 3,0

1d

- Có kỹ năng sử dụng phần mềm ứng dụng trong vấn

đề nghiên cứu (thể hiện qua kết quả tính toán bằng

phần mềm);

- Có kỹ năng sử dụng tài liệu liên quan vấn đề nghiên

cứu (thể hiện qua các tài liệu thamkhảo).

1,0

2a - Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc

tích;

1,0

3 Tổng điểm theo thang 10 (lấy đến 1 số lẻ thập phân)

1 Câu hỏi đề nghị sinh viên trả lời trong buổi bảo vệ:

2 Đềnghị: ☐Đượcbảovệđồán☐Bổsungđểbảovệ☐Khôngđượcbảovệ

Người phản biện

Tuy nhiên máy khắc laser chỉ có thể khắc trên mặt phẳng, nắm bắt được vấn đề trên nhóm

đã nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy khắc laser trên chi tiết dạng cầu được thực hiện dựatrên nghiên cứu lý thuyết và sản phẩm thực nghiệm có sử dụng trục xoay 360ocho ra sảnphẩm vòng tay đẹp tinh xảo Vật liệu được sử dụng là hạt trầm hương, qua quá trình mài

Thời gian thực hiện: Từ ngày 5/9/2022 đến ngày 29/12/2022

5 Mục tiêu:Tính toán, thiết kế được hệ thống đầu khắc máy khắc Laser cho

các chi tiết có dạng cầu và hiểu được cách vận hành máy khắc để tiến hành khắc các chi tiết thực tế trên máy khắcLaser.

6 Nội dungchính

Chương 1: Tổng quan về máy khắc laser

Chương 2: Tính toán chi tiết máy

Chương 3: Thiết kế máy

Chương 4: Tính toán và lập quy trình công nghệ gia công

Chương 5: Mô phỏng

Chương 6: Gia công sản phẩm

Chương 7: Kết luận và hướng phát triển

7 Kết quả dự kiến đạtđược

Một bản báo cáo thuyết minh về hệ thống đầu khắc máy khắc Laser

Tìm hiểu các loại máy khắc laser và các

Tìm hiểu các loại máy khắc laser và các

10 Tuần 10 Thiết kếgia công sản phẩm Hướng dẫn gia công

11 Tuần 11 Hướng phát triển đềtài Tìm hiểu sản phẩm khác trên thị

CAM ĐOAN

Em xin được cam đoan: Đề tài “Thiết kế tính toán hệ thống đầu khắc máy khắc Laser cho chi tiết dạng cầu” là sản phẩm nghiên cứu của nhóm em trong thời gian qua Mọi số liệu sử dụng phân tích trong báo cáo là do chúng em tự tìm hiểu, phântíchmộtcáchkháchquan,trungthực,cónguồngốcrõràngvàchưađượccông bố dưới bất

kỳ hình thức nào Em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu có sự không trungthựctrongthôngtinsửdụngtrongcôngtrìnhnghiêncứunày.

Sinh viên thực hiện Nguyễn Hoài Linh Nguyễn Trọng Lâm

MỤC LỤC

Nhận xét của người hướng dẫn

Nhận xét của người phản biện

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án

Lờinói đầu i

Lời camđoan ii

Mụclục iii

Danh sách các bảng,hìnhvẽ v

Danh sách các ký hiệu, chữviếttắt vi

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÁYKHẮCLASER 2

1 Khắclaser 2

2 Ưu điểm nổi bật của công nghệkhắcLaser 3

2.1 Máy cắtlaserFiber 3

2.2 Máy khắclaserCO2 7

2.3 Công nghệ khắc laserSurfaceRemoval 8

2.4 Công nghệ khắc laserColorChange 9

3 Cấu tạo và cách hoạt động của các loại máy laser cắtkimloại 11

3.1 Xu hướngcôngnghệ 11

3.2 Các hệ thống chuyển độngcủa máy 12

3.3 Hệ thống phân phốichùmtia 14

3.4 Hệ thốngtruyềnđộng 17

3.5 Bộ cộnghưởng laser 18

3.6 Kỹ thuật tựđộng hóa 20

Chương II Tính toán thiết kế sơ đồ động học cho máy khắc lazer cho chi tiếtdạngcầu 21

2.1 Mô phỏng 3D và trình tự thiết kế chế tạo máy khắc laser cho chi tiếtdạngcầu 21

2.2 Thiết kế, lựa chọn phầncơkhí 23

2.2.1Thiết kế, lựa chọn khungcơkhí 23

2.2.2Thiết kế, lựa chọn đầukhắclaser 30

2.3 Xây dựng và lắp ráp máykhắclaser 36

2.4 Thành lập bảng vẽ kếtcấumáy 37

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN CHITIẾT MÁY 39

3.1 Lựa chọn nguyên lý kết cấu của máykhắcLaser 39

3.2 Tính chọn động cơtrụcchính 40

3.3 Tính chọn chi tiếtđầugá 52

3.3.1Tính chọn chi tiết đầu gá dựa trên công suấtđộngcơ 52

3.3.2Xác định phương chiều điểm đặt của lực kẹp và tínhlựckẹp 56

3.4 Tính chọn chi tiếtthanhtrượt 59

3.4.1Tính chọn chi tiết thanh trượt dựa trên tốc độ di chuyển và khối lượng của chi tiếtdầukhắc 59

3.5Tính chọn chi tiếtthanhtrượt 60

3.5.1 Nguyên lý làm việc của chi tiết thanh trượtdẫnhướng 61

3.5.2Tính chọn chi tiếtthanhtrượt 61

Tính chọn độ chính xác củathanh trượt 61

3.5.3Tính chọn thanh trượt dựa trêntảitrọng 62

3.6 tính toán chi tiết vít M3 và lựa chọn tarorenlỗ 63

3.6.1 Tính toán các kích thướt cơ bản củarenM3 64

3.6.2 Tính toán lựa chọn phần đầu ren dạng lục giác chovítM3 66

3.6.3 Tra bảng taro ren cho vít đầu lụcgiácM3 70

3.7 tính toán dây đai cho máy khắc lazer cho chi tiếtdạngcầu 71

3.7.1 Thiết kế bộtruyềnđai 71

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO MÁYKHẮCLAZER 76

5.1 Thiết kế, lựa chọnphầnđiện 76

Lựa chọn bộđiềukhiển 76

5.2 Lựa chọn các linh kiện phầnđiệnkhác 94

5.2.1 Lựa chọn độngcơbước 94

CHƯƠNG V THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT GÁ LẮP ĐẦU KHẮCLASER 99

5.1 Chọn phôi cho chitiếtgá 99

I Phương phápđúcphôi 99

5.2 Lập quy trìnhnguyêncông 100

5.3 bản vẽ lồng phôi chitiếtgá 101

5.4Cácnguyêncông 101

5.4.1 Nguyên công 1: phay 2 mặt AvàB 102

5.4.2 Nguyên công 2: phay 2rãnh3,5 105

5.4.4Nguyêncông4:khoan,khoét,taroren4lỗ∅𝟑, 𝟓, vàkhoan,doa4lỗ∅𝟔 110

5.5 Tính lượng dư gia công cho nguyêncông3 116

CHƯƠNG VI TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG DẦM NGANG CỦA MÁY KHẮC LASER CHO CHI TIẾTDẠNGCẦU 120

6.1 Tính toán xác định lực,momen và ứng suất mà dầmphảichịu 120

6.2Tính toán mô phõngtrênsolidwork 123

CHƯƠNG VII SỬ DỤNG PHẦN MỀM LIGHTBURN VÀ GIA CÔNGCHI TIẾT 126

7.1 Cài đặt Lightburn cho máykhắcLaser 126

7.1.1 Tinh năngcủaLightburn 126

7.1.2 CấuhìnhLightburn: 127

7.1.3 Hướng dẫncàiđặt 127

7.1.4 ThiếtlậpLightburn 128

7.2 Hướng dẫn thiết lập các thôngsốLightburn 133

7.3 Căn chỉnh các kích thước của phôi cầngiacông 139

7.4 Tiến hành mô phỏng và thiết kếsảnphẩm 139

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1 công nghệ quét chùmtia gavo 2

Hình 1 2 công nghệ chạybànplotter 3

Hình 1 3 cắtlazerfiber 4

Hình 1 4 máy khắclazerCO2 7

Hình 1 5 phương pháp khắc bóc lớp bề mặt (SurfaceRemoval) 9

Hình 1 6 công nghệ khắc lazerđổimàu 10

Hình 1 7 Tổng số máy cắt laser bán trên toàn bộ máy công cụ tại thị trường BắcMỹ(Zimmermann 2002) 11

Hình 1 8 Ứng dụng của máy cắt laser trong các lĩnh vực (khoan, cắt, hàn,) (Zimmermann2002) 12

Hình 1 9 Một hệ thống laser tấm CO 2 2,5 kW chuyển động động cơ tuyến tínhmang lại tốc độ và độ chính xác cao (Courtesy LaserCut,Inc.) 17

hình 1 28.nguồnbênngoài 80

hình 1 30.ổcắm USB 81

Hình 4 731 ổcắmUSB 81

hình 1.32.khe thẻ 81

hình 1 34.nút dừngkhẩncấp 82

hình 1.37.ổ cắm 82

hình 1 42.kết nối ổ đĩadòngbênngoài 84

hình 1 44.giao diện ổđiã ngoài 85

hình 1 49.EXP1VÀ EXP2 86

hình 1.53.LOẠI12-24V-PWM 88

hình 1 55.kết nối trụcchính CNC 89

hình 1 58.công tắc dừngtrục X/Y/Z 91

hình 1 61.giao diệnthăm dò 91

hình 1 62.giaodiện I2C 93

hình 1 64.giaodiện còi 93

hình 1.67 A4988 95

Hình 1.68A4988 95

hình1.69.DRV8825 96

hình 1.71.DRV8825 96

Hình 2 1 1 Mô phỏng máy khắc laser bằngSolidWorks2021 21

Hình 2 2 Quy trình chế tạo máykhắc laser 23

Hình 2 3 Máy khắc laser nhìn từphía trước 24

Hình 2 4 Vùng truyền động XYcủamáy 25

Hình 2 5 Vùng khắc của máykhắc laser 26

Hình 2 6 Trục X của máykhắclaser 27

Hình 2 7 Cơ cấu củakhungnhôm 28

Hình 2 8 Cơ cấu khungtrục X 29

Hình 2 9 Cơ cấu khungtrục Z 30

Hình 2 10 Cấu tạo bên trong chùmtia laser 31

Hình 2 11Đèn đi-ốt 34

Hình 2 12 phân cực củađèn Laser 35

Hình 2 13 bảngvẽlắp 37

Hình 2 14 sơ đồđộnghọc 38

Hình 2 35 đâyđai thang 75

Hình 3 1 Phương án khắc laser cho chi tiếtdạng cầu 39

Hình 3 2 Lựa chọnđộng cơ 45

Hình 3 3 Cấu tạo Động cơ bướcNemo17 46

Hình 3 4 Cấu tạo Động cơ bướcNemo17 46

Hình 3 5 ảnh bên trong củađộng cơ 47

Hình 3 6 Chế độ điều khiển của độngcơ bước 48

Hình 3 7 các cực của độngcơbước 49

Hình 3 8step 1/4 50

Hình 3 9 Bảng lựa chọn chế độvi bước 51

Hình 3 10 driver đi kèm vớiđộng cơ 52

Hình 3 11 động cơnema17 53

Hình 3 12Đầu gá 54

Hình 3 13 Đầukhắc laser 59

Hình 3 14thanh trượt 60

Hình 3 15 rentamgiác 64

Hình 3 16 vít M3 đầu lụcgiác chụp 66

Hình 3 17 ốc M3 đầu lụcgiác bằng 68

Hình 3 18 mũi ta roren M3 70

Hình 4 1 Mạch MKS DLC32 V2.1 GRBL Shield32 Bit 76

Hình 4 2 thôngsố mạch 77

Hình 4 3 Sơ đồ nguyên lýcủamạch 78

Hình 4 4 linh kiệntrongmạch 79

Hình 4 5 Thiết bịđầu cuối 79

Hình 4 6 nguồnbênngoài 80

Hình 4 731 ổcắm USB 81

Hình 4 8khe thẻ 81

Hình 4 9 nút dừngkhẩn cấp 82

Hình 4 10ổ cắm 82

Hình 4 11 sơ đồmạch 1 83

Hình 4 12 sơ đồổ cắm 83

Hình 4 13 thứtựmạch 83

Hình 4 14 kết nối ổ đĩa dòngbên ngoài 84

Hình 4 15 giao diện ổđĩa ngoài 85

Hình 4 16 mô tả giao diện củađộng cơ 86

Hình 4 17 EXP1VÀEXP2 86

Hình 4 18 loạiTTL -PWM 87

Hình 4 19LOẠI12-24V-PWM 88

Hình 4 20 kết nối trụcchính CNC 89

Hình 4 21 Phương pháp kết nối khi công suất cơn hơn yêu cầuban đầu 90

Hình 4 22 công tắc dừngtrục X/Y/Z 91

Hình 4 23 giao diệnthăm dò 91

Hình 4 24 giaodiện I2C 93

Hình 4 25 giaodiện còi 93

Hình 4 26 độngcơnema17 95

Hình 4.27DRV8825 96

Hình 4.28DRV8825 96

Hình 5 1 Bản vẽ nguyên công chitiết gá 100

Hình 5 2 Bản vẽ lồng phôi chitiết gá 101

Hình 5 3 nguyêncông1 102

Hình 5 4 nguyêncông2 105

Hình 5 5 nguyêncông3 107

Hình 5 6 nguyêncông4 110

Hình 6 1 biểuđồ lực 120

Hình 6 2 sơ đồ nội lựcvà momen 121

Hình 6 3momen tĩnh 122

Hình 6 4 môphỏngdầm 123

Hình 6 5 mô phỏngtrên solidwork 125

Hình 7 1 giải nén filevừadowload 128

Hình 7 2 mở file vừagiải nén 129

Hình 7 3 chọnZ E B R A l a z e r 129

Hình 7 4 các bước cài đặt filegiải nén 131

Hình 7 5 giao diện của phần mềm sau higiải nén 132

Hình 7 6 thiết lập thông số khikhởiđộng 133

Hình 7 7 cài đặt khíchthướt máy 136

Hình 7 8 cài đặt các thông số trước khikhởiđộng 138

Hình 7 9 căn chỉnh kíchthướt phôi 139

Hình 7 10 chạy thửsảnphầm 141

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1 Laser YAG diode trực tiếp thách thức laser CO 2 và laser YAG được

kíchhoạt bằngđènflash 20 Bảng 1 2 Cài đặt các chế độ cho TMC2100 sử dụng các chân CFG1và CFG2 97 Bảng 1 3 Danh sách các chi tiết cho máykhắc laser 36 Bảng 1 4 thông sốđầu khoang 57

Bảng 2 1 Bảng giá trị thông số độ nhám bề mặt (trang 59sách CNCTM2) 62 Bảng 2 2 Bảng thông sốtảitrọng 63 Bảng 2 3 bảng chọn thông số cho vít m3đầu tròn 67 Bảng 2 4 bản chọn thông số cho vít M3đầubằng 69 Bảng 2 5 bảng thông số taro ren cho víthệMét 71 Bảng 2 6 bảng chọn loạiđai thang 72 Bảng 2 7 bảng mã các loại dây đaithôngdụng 76 Bảng 2 8 bảng tính lượng dư giacông cơ 118

Ngườihướngdẫn:Ts.NguyễnQuangDự Sinhviênthựchiện:NguyễnHoàiLinh

Nguyễn Trọng Lâm

1

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay sự phát triển của nền công nghiệp nước ta nói riêng và thế giới nói riêng,

đã và đang dần đổi mới bước vào trời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa, nước ta đang mởrộng việc xây dựng và phát triển các khu công nghiệp, nhà máy, các cơ sở sản xuất…Chính vì thế máy gia công cnc ngày càng được sử dụng và không ngừng phát triển nângcấp về tính công nghệ để đẩy mạnh tiến độ sản xuất và góp phần to lớn trong việc xâydựng và phát triển nền kinh tế đất nước ta

Chính vì thế nhóm em được giao nhiệm vụ: “Thiết kế tính toán hệ thống đỡ máykhắc Laser cho chi tiết dạng cầu” mục đích nhằm cho sinh viên tìm hiểu, nghiên cứu vềcáckếtcấu vàcáchthứchoạtđộngcủamáytừđócóthểtínhtoánvàthiếtbảnvẽ,đểđưa ra một quytrình thiết kế và chế tạo máy khắc laser hoànchỉnh

Sauthờigian5thánglàmđềtàitốtnghiệpbằngchínhnổlựccủanhómemvàđược sự hướngdẫn nhiệt tình của thầy TS Nguyễn Xuân, các thầy trong khoa Cơ Khí, trường Đại học SưPhạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng đã hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp này đúng với thờigian quyđịnh

Vì lần đầu trong công tác thiết kế, kiến thức còn nhiều hạn hẹp, mặc dù đã đượcsựhướngdẫncủathầyTS.NguyễnXuânBảovàthầyThsTrầnMinhDựnhưngcũngkhông tránh khỏinhững bở ngỡ, thiếu sót và gặp nhiều khó khăn Nên rất mong được sự giúp đỡ vả chỉ bảo củacác thầy trongkhoa

EmxinchânthànhcảmơnquýthầycôKhoaCơKhí,trườngĐạihọcSưPhạmKỹ Thuật–ĐạihọcĐàNẵngvớilòngbiếtơnsâusắcnhấttrongthờigianhọctậptạitrường

Hình 1 1 công nghệ quét chùm tia gavo

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÁY KHẮC LASER

1 Khắclaser

Khắc laser là sử dụng máy chiếu các chùm tia laser hội tụ tại một điểm làm gia tăngnănglượngđốtcháybềmặthoặcđiểmcầntácđộng,từđâysinhranhiệt,vớicácbướcsóng

khácnhaucóthểkhắctrêncácbềmặtkhácnhaucũngnhưcácvậtliệukhácnhaunhư:Gỗ, Kim Loại,

Da, … Hiện nay các máy khắc laser được kết nối trực tiếp với các vi mạch và chịu sự điềukhiển của máy tính, các phần mềm máy tính chuyên dụng sẽ điều khiển trựctiếphệthốngmáykhắcgiúpmáykhắclàmviệctheomộtlậptrìnhcósẵntừđâycóthểkhắc hình ảnh, khắchoa văn, khắc họa tiết theo mọi yêu cầu Các file thiết kế đều được thiết kế trên các phần mềm đồ họanhư: corel, Photoshop, autocard,…

Ứng dụng của Khắc Laser hiện nay tại Việt Nam sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực giacông quà tặng, sản xuất nhãn mác, khắc mã vạch, … Chủ yếu khắc laser trên các chất liệunhư: Gỗ, Mica, Da, Thủy tinh, Kim loại, hợp kim, nhựa, …

Dựa trên cách điều khiểntia lasercó thể chia thành hai loại công nghệ:

- Công nghệ khắc laser quét chùm tia galvo: thiết bị nhỏ gọn, khắc rất nhanh, sắc

nét, dễ tự động hóa, chủ yếu dùng trong công nghiệp.

- Công nghệ khắc laser chạy bàn plotter/flatbed: thiết bị cồng kềnh, khắc chậm hơn, sắc nét, chủ yếu dùng trong mô hình, quà tặng, chế tác…

Hình 1 2 công nghệ chạy bàn plotter

2 Ưuđiểm nổi bật của công nghệ khắcLaser

 Có thể khắc trên mọi vật liệu khác nhau như nhôm, đồng, thép, inox, nhựa, cắtgiấy…

độ chính xác tuyệtđối

 Họatiếtkhắctrongthờigianngắn,chuẩnvàđều,khôngcónhiềusaisót,ítgâyhưhỏng hay làm giảm chất lượng vậtliệu

 Chi tiết khắc nhẵn, mịn, không cần xử lý, gia côngthêm

 Giá thành không cao, tiết kiệm chiphí

2.1 Máycắt laserFiber

Fiber laserchính là laser sợi quang, nó là một biến thể của laser thể rắn, được hình

thành từ sự kết hợp giữa sợi cáp quang với các nguyên tố hiếm như: ytterbium, erbium,dysprosium, neodymium

Khi có ánh sáng chiếu vào từ các diode laser thì các nguyên tố đất hiếm cấu tạo nên sẽphát ra tia laser bên trong sợi cáp quang và những ánh sáng này được dẫn thẳng đến đầucắt laser để chốt cháy vật liệu mà không cần thông qua các gương phản xạ.

Máy Cắt Laser Fibergia công được rất nhiều loại kim loại cứng như: sắt, thép, đồng,

vàng,bạc,nhôm,inox,titanvàceramic.Ngoàira,nócòncắtđượccácloạiốngkimloạivà các vật liệukim loại mỏngkhác

KhácvớimộtsốloạimáycắtLaser,máycắtLaserFiberlạikhôngthểcắtđượccácvật liệu phi kimloại như gỗ,mica…

Hình 1 3 cắt lazer fiber

Ưu điểm của máy cắt laser Fiber:

và đẹp, độ tinh xảo và chi tiết cắt chính xác đến 0,01 mm, nét cắt không bị răngcưa

 Tiết kiệm điện năng, chi phí vận hành thấp và đặc biệt mức độ tiêu hao năng lượngkhông cao như các loại máy cắt laserkhác

Các loại khí được sử dụng trong máy cắt laser Fiber:

 Khí Oxy: Dùng để cắt các nguyên liệu kim loại như sắt (thép carbon), vật liệu bằnginox

kimniken

phí sản xuất khi chi phí cắt thép carbon và inox bằng khí oxy và nitơ khá,chỉ sửdụng khi sản phẩm không yêu cầu cao về chất lượng đườngcắt

Ứng dụng: Trong trang trí nội thất, ngoại thất, trong ngành cơ khí chế tạo cắt các chitiết theo khuôn mẫu với chất lượng và độ chính xác cao, thiết bị công nghiệp, thiết bị y tế,chế tạo ô tô, các biển quảng cáo, sản phẩm sắt mỹ nghệ, xây dựng,…

2.2 Máykhắc laserCO2

Máy cắt laser CO2 được biết đến là một trong những dòng máy cao cấp được sử dụngtrong ngành gia công cơ khí Dòng máy này hoạt động dựa trên sự tác động của khí CO2đểkíchđiệnvàphátsáng.Nguồnsángnàyđãtạoramộtnguồnnănglượngcaocókhảnăng cắt bất kỳ vậtliệu nào theo ýmuốn

Máy cắt laser CO2 có khả năng cắt các vật liệu có độ dày từ 5mm trở lên một cách dễdàng Nó có thể hoạt động để tạo ra các vết cắt sắc nét

Hình 1 4 máy khắc lazer CO2

nguồnlaser,hệthốnglàmmáttuầnhoàn,hệthốngđộngcơchínhvàhệthốngbơmhútbụi

Nguyên lý làm việc: Máy laser CO2 sử dụng điện năng để chuyển hóa khí CO2, N2 vàkhí He thành năng lượng Trong quá trình hoạt động nó có khả năng tạo ra nguồn nănglượngprotondướidạngsóngbứcxạđểtạothànhtialaser.Cáctialasermangnănglượng

tập trung tại một điểm để làm nóng chảy phôi Nhờ đó, quá trình gia công kim loại trở nênđơn giản và chính xác hơn Căn cứ vào yêu cầu của sản phẩm tạo ra, người vận hành máy

có thể điều chỉnh độ sâu của vết cắt cho phù hợp

Ứng dụng: Sử dụng tia laser CO2 để cắt kim loại, trang trí nội thất, may mặc và giàydép, khắc các thông tin, hình ảnh, logo lên quà tặng bằng thủy tinh, pha lê, kim loaị,……

2.3 Côngnghệ khắc laser SurfaceRemoval

Đâylàphươngphápkhắclasercôngnghiệppháptriểntừcôngnghệkhắcsángtối.Nó làm bong

tróc bề mặt ngoài vật liệu tạo ra vết khắc có màu sắc của lớp vật liệu chính bên trong

Các lớp phủ ngoài thường là sơn tĩnh điện hay phôi kim loại đặc biệt Lớp phủ sau khicắt sẽ dễ dàng được tách ra tạo nét khắc như mong muốn mà không ảnh hưởng vật liệuchính bên trong

Với nhiều ứng dụng khắc xử lý bề mặt hiệu quả thông dụng hơn các công nghệ truyền

thống.Cácphươngphápkhắclasercôngnghiệpđãtạonênbướcđộtphámớivàđượchầu hết nhà sản

xuất, doanh nghiệp tin tưởng sửdụng

Ngườihướngdẫn:Ts.NguyễnQuangDự Sinhviênthựchiện:NguyễnHoàiLinh

Nguyễn Trọng Lâm

Hình 1 5 phương pháp khắc bóc lớp bề mặt ( Surface Removal)

2.4 Công nghệ khắc laser ColorChange

Phương pháp này được thực hiện dựa trên quy trình Cacbon hóa hoặc tạo bọt trên cácvậtliệu.Dẫnđếnsựhấpthụchùmtialasertrênbềmặtvậtliệuvàtạorahiệuứngsẫmmàu

vàấntượnghơnmàugốccủavậtliệukhắc.Phươngphápnàycóthểtạorađượcnhiềumàu sắc khắc đẹptheo các đặc điểm tự nhiên của vật liệu Phương pháp khắc đổi màu vật liệu cho phép tạo ra cácnét khắc có màu sắc đẹp và bắt mắt hơn hẳn, Có thể được xóa trong bóng tối, phương pháp nàycho phép tạo ra nhiều màu sắc khắc rất đẹp theo đặc điểm của vậtliệu

9

Hình 1 6 công nghệ khắc lazer đổi màu

Một trong các phương pháp khắc laser nổi bật khác là khả năng đổi màu vật liệu, tạohiệu ứng đẹp mắt Nhờ đó đem lại chất lượng hoàn thiện cao cho vật liệu

Đây là giải pháp khắc dựa trên quá trình carbon hóa hay tạo bọt trên vật liệu gây ra bởisựhấpthụchùmtialaser.Trongđó,quytrìnhcarbonhóatạo hiệuứngtối,chovếtkhắccó màu sẫmhơn vật liệu Ngược lại, quy trình tạo bọt lại cho vết khắc màu sáng, có thể phát quang trongtối

Nhờđóđemhiệuquảtíchcựctùytheomụcđíchsửdụngcủakháchhàng.Phươngpháp này còn chophép tạo các nét khắc đa màu sắc cực đẹp mắt tùy theo đặt tích loại vật liệu khắc

10

Ngườihướngdẫn:Ts.NguyễnQuangDự Sinhviênthựchiện:NguyễnHoàiLinh

Hình 1 8 Ứng dụng của máy cắt laser trong các lĩnh vực (khoan, cắt, hàn,)

dò quang học này phải được sử dụng để duy trì kiểm soát các điểm tập trungchùm tia trên toàn bộ đường bao làm việc.

làbàncắthoặcphôi.Hệthốngchuyểnđộngphôi/bàntươngtựcũngcóthểđược tìm thấytrong các máy kết hợp laser / bắn thủng Độ dài đường quang hoàntoàn không đổi, đảmbảo các chùm tia tập trung thành điểm đồng đều trên toàn bộ đường bao làm việc Các tia quanghọc chỉ di chuyển một trong trục Z để theo dõi bề mặt hoặc thiết lập, bảotrì

chuyểnđộngbàn/phôi.CácphôidichuyểndọctheohướngXvàđầudodichuyển theo hướng Y

và Z Sự thay đổi độ dài đường quang được giới hạn trong hành trình trục trục Y Mộtbiến thể có bộ cộng hưởng laser di chuyển dọc theo trụcXbằngcáchgắnvàogantrytrụcY;phôikhôngchuyểnđộngtrongcáchệthốnglai như vậy.Máy lai không thể xử lý các hoạt động tốc độ cao, nhưng rất phù hợp cho các hìnhbao lớn Một số hệ thống xử lý hình bao làm việc dài hơn 30,5m

phẩm Đây gần như là phương pháp cắt kim loại tiêu chuẩn để phát triển nguyênmẫu máy tự động Nó có thể có một hình bao làm việc rất rộng, toàn bộ kíchthước máy

nhấtcủangànhcôngnghiệpcắtlaser,chủyếuđượcthúcđẩybởinhucầuchếtạo

vỏmáycủangànhcôngnghiệpmáytựđộng.Mộtrobotcókhớpnốisáutrụcđược

kếthợpvớilaser(YAG)vớiđầucắtlaser.Tốcđộvàđộchínhxácthíchđángtrên hầu hết cácứng dụng cắt Một hệ thống chi phí thập như vậy tăng khả năng,tính dự phòng, khốilượng cần thiết theo các ràng buộc phân phối của JIT Các trụcnhỏtrêncácđầuhộitụgiúpđiềuchỉnhvịtríđiểmlấynétchocấuhìnhbềmặt

3D và thực hiện đục lỗ đường kính nhỏ Một robot có khớp nối có một hình baolàm việc nhỏ hơn so với gantry năm trục đã đề cập trước đó.

Một trục quay tùy chọn để xử lý cắt ống và tự động dỡ, tải vật liệu có thể được thêmvào bất kỳ cấu hình nào ở trên

Đốivớicáctấmmỏngchútrọngvàotốcđộcắt,máycắtlaserphẳnglàlựachọnưutiên Đối với cáctấm dày và hình bao làm việc lớn, chú trọng vào chất lượng thì các máy được trang bị hệ thốngphân phối chùm tia hoặc hybrid được ưu tiên Chất lượng đường cắt thường được đo bằng độnhám bề mặt, số lượng và tính chấtxỉ

3.3 Hệthống phân phối chùmtia

Các hệ thống laser YAG được đánh giá cao về khả năng sử dụng phân phối chùm sợiquanglinhhoạt.Sợiquangđảmbảođộdàiđườngquangkhôngđổi.Hailoạiđượcsửdụng các sợiquang chỉ số bước và sợi quang chiết suất phân cấp, cái sau cho phép chùm tia tập trung tốthơn Đối với việc sử dụng cắt kim loại công nghiệp với hệ thống YAGmultikilowatt,cácsợicósẵntrênthịtrườngcóchiềurộnglõilà0,6-1mm.Đườngkínhsợi nhỏ hơn 0,6

mm đang hướng tới thươngmại

trường.Sựpháttriểntrongcácvậtliệusợi10,6mkhácnhauđangđượctiếnhànhvàcóthể bắt đầu với hệthống năng lượng thấp Các hệ thống ống dẫn sóng trông có vẻ hứa hẹncho bước sóng 10,6 m,nhưng không bao giờ mang lại sản phẩm công nghiệp cho các hệ thống laser CO2multikilowatt Thayvào đó, sự phát triển công nghệ đã tăng tốc trong 15 năm qua đã mang lại các hệ thốngphân phối chùm tia giúp duy trì sự ổn định của quá trìnhtrên toàn bộ hình bao công việc (Haas 2002) Các

hệ thống như vậy vẫn sử dụng gương và ống kính cơ bản được sắp xếp theo một cách quang học và cơ học thông minh, chẳng hạn nhưsau:

 Ống chuẩn trực được hình thành bởi hai gương hoặc thấu kính dựa trên nguyên lý kínhviễn vọng Các chùm đầu ra thường được phóng to đến một đường kính lớn hơn vớiđộlệch giảm Điều này cho phép ít thay đổi đường kính của chùm tia trên một thấu kínhhộitụtừmộtđầuchéocủađườngbaolàmviệcsangđườngkếtiếp.Độphóngđạicóthể được lựa chọncẩn thận để tối ưu hóa hiệu suất cắt tốtnhất.

khớp nối, chẳng hạn như sợi quang cho laser YAG hoặc bộ phân phối quang học đượckhớp nối cho laser CO2(Hình 2-4), hoặc với các hệ thống chùm tia /đứng yên phôi diđộng Các hệ thống hybrid là một giải pháp trung hòa được các yêu tố trên trong đóchỉ

có chuyển động trục Y tạo ra một sự thay đổi vừa phải về độ dài đường quang Độ dài chùm tia không đổi cũng có thểđạt được bằng cách thêm trục U chuyển động cơ chế gương để chuyển hướng chùm tia laser sang đường vòng quanghọc được điều chỉnh liên tục Trục U có thể được cấp nguồn độc lập hoặc chia sẻ công suất với trục X hoặc trục Yngang Độ dài của đường vòng là một chức năng của vị trí X-Y trên bàn, do đó các thay đổi trong tổng chiều dài đườngquang vẫn nhỏ hoặc tốt nhất là không có ở bất kỳ vị trí nào trên hình bao làmviệc

việc Công nghệ gương thích ứng có thể kích hoạt tính năng tương tự bằng cách thayđổi độ cong bán kính khi khi tia đang đến một chiếc gương đặt hướng về ống kính hộitụ

cao và chuyển động trục Z để giữ vị trí lấy nét và giá trị béc cắt khôngđổi

thíchứng.Nóđượcthiếtkếđểđiềuchỉnhđộphóngđạichuẩnvàtựđộnglấynétnhưlà một chứcnăng định vị hình bao làmviệc

 Tối ưu hóa việc sử dụng chùm tia phân cực tuyến tính bằng cách định hướng hướngphâncựcsongsongvớihướngcắt.Điềunàyđòihỏiítnhấttrụcquaybổsungởđầulấy nét Phầnmềm sẽ duy trì hướng phân cực tuyến tính của điểm tập trung tiếp tuyến với đường cắt.

 Tương tự, một điểm chùm tập trung hình chữ nhật (Scott et al 1995) có thể được địnhhướngsaochotrụcdọccủanóvẫnsongsongvớihướngcắt.Điềunàycũngđòihỏimột hệ thống trụcquay bổ sung ở đầu lấy nét và phần mềm thích hợp để duy trì hướng của điểm tập trung tiếptuyến liên tục với đườngcắt

CôngnghệBifocalsửdụngcáchệthốngphânphốichùmtiamanglạihaiđộdàitiêucự khác nhau.Một phần của chùm tia laser kết thúc được tập trung ở một vị trí khác với phần còn lại(Nielsen 1998), do đó tạo ra nhiều hơn một mật độ năng lượng tối ưu dọc theo trục quang.Công nghệ như vậy cho phép tốc độ cắt nhanh hơn và tiêu thụ khí hỗ trợ hiệu quả hơn, đặcbiệt đối với cắt laser áp suất cao, khí hỗ trợnitơ

Hình 1 9 Một hệ thống laser tấm CO22,5 kW chuyển động động cơ tuyến tính

mang lại tốc độ và độ chính xác cao (Courtesy Laser Cut, Inc.)

3.4 Hệthống truyềnđộng

Cáchệthốngchuyểnđộngđangchuyểnđổitừđộngcơservotruyềnthốngvớitrụcquay

sangcôngnghệđộngcơtuyếntính.Độngcơservotruyềnmô-menquaythànhchuyểnđộng

tuyếntínhbằngcáchkẹpmộtvítbi.Độngcơtuyếntínhsửdụngsựtươngtácgiữahaivectơ từ trường để tạo

ra lực và chuyển động tuyến tính Vì khớp nối được thực hiện trực tiếpbằngtươngtáctừtrường,khôngcótiếpxúcvậtlýgiữacácbộphậnchuyểnđộng.Nómang

lạiítmasátvàphảnứngmạnhmẽ,tăngtốcvàkhảnăngtruyềntảinhanhnhanhhơn.Kết