Nghiên cứu, tính toán, thiết kế hệ thống máy khắc laser

Kết quả đạt được, giá trị khoa học, khả năng ứng dụng của đề tài: điểm tối đa là 1đ Đồ án có thể được tham khảo trong việc chế tạo, vận hành, máy khắc laser phục vụ làm các sản phẩm lưu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

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

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho người hướng dẫn)

1 Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: Nguyễn Tiến Thịnh Msv: 1911504110144

Đoàn Công Nam Msv: 1911504110125 Nguyễn Tài Anh Msv: 1911504110202

2 Lớp: 19C1, 19C2

3 Tên đề tài: Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy khắc laser

4 Người hướng dẫn: Nguyễn Xuân Bảo Học hàm/ học vị: Tiến sĩ

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

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

Đề tài nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo máy phay khắc lazer để gia côngkhắc hình lưu niệm trên mặt gỗ

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

4đ)Các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án đã được hoản thành: 1 tập thuyếtminh 65 trang trình bày tương đối rõ ràng; 1 bản vẽ 3D, 1 bản vẽ tổng thể A0, 1 bản

vẽ lắp A0, 1 bản vẽ A0 qui trình công nghệ; 1 máy khắc Laser làm việc ổn định, thể

hiện đầy đủ các nguyên lý hoạt động của máy

3 Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp: (điểm tối đa là 2đ)

Hình thức đạt yêu cầu, cấu trúc logic, văn phong phù hợp với nội dung đồ án

Tuy nhiên còn vài chổ chưa đúng định dạng

4 Kết quả đạt được, giá trị khoa học, khả năng ứng dụng của đề tài: (điểm tối đa là

1đ)

Đồ án có thể được tham khảo trong việc chế tạo, vận hành, máy khắc laser phục

vụ làm các sản phẩm lưu niệm

5 Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:

Cần nâng cao kĩ năng thiết kế, bản vẽ còn sai sót, tính toán còn ít

III Tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: (điểm tối đa 2đ)

Sinh viên có tinh thần cầu thị, thái độ học tập nghiêm túc, ham học hỏi, thông đồ

án đúng hẹn, tuy nhiên kiến thức còn hạn chế

IV Đánh giá:

1 Điểm đánh giá: 9/10 cho mỗi sinh viên

2 Đề nghị: ☒ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo

vệ

Người hướng dẫn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho người phản biện)

1 Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: Nguyễn Tiến Thịnh Mã SV: 1911504110144

Đoàn Công Nam Mã SV: 1911504110125

Nguyễn Tài Anh Mã SV: 1911504110202

2 Lớp: 19C1,19C2

3 Tên đề tài: Nghiên cứu , tính toán, thiết kế máy khắc laser

4 Người hướng dẫn: Nguyễn Xuân Bảo Học hàm/ học vị: Tiến Sĩ

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp

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

2 Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ

Đà Nẵng, ngày 22 tháng 06 năm 2023

Tên đề tài: “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy khắc laser”

Lớp: 19C1,19C2

Máy khắc laser là một loại máy khắc khá là hiện đại vì độ chính xác và tinh xảocủa nó Hiện nay trong các khu công nghiệp hay trong các cơ sở sản xuất gia công cácchi tiết từ nhỏ đến lớn đều sử dụng và có thể thấy máy được sử dụng khá phổ biến.Công nghệ cắt laser kim loại còn được dùng để khắc lên đồ trang sức như vòng cổ,nhẫn cho đường cắt sắc sảo và rõ nét hơn hẳn các phương pháp cắt, khắc truyền thống.Cắt laser, cắt CNC trên các sản phẩm công nghiệp như cắt logo thương hiệu, cắt tạohình vật phẩm, khắc mã vạch đảm bảo độ chính xác cao Máy khắc laser có thể khắcđược nhiều loại vật liệu khác nhau, từ kim loại, nhựa, gỗ cho đến da, giấy và thủy tinh.Máy khắc laser có độ chính xác cao, tốc độ nhanh và dễ điều khiển

Máy khắc laser là một đề tài tốt nghiệp thích hợp cho sinh viên cơ khí, vì nókhông chỉ yêu cầu kiến thức về cơ học, điện tử và quang học, mà còn phát triển kỹnăng sáng tạo sinh viên Sinh viên có thể tự thiết kế và chế tạo máy khắc laser theo ýtưởng của mình hoặc nghiên cứu cải tiến các tính năng và hiệu suất của máy Đề tàimáy khắc laser di-ốt là một đề tài hấp dẫn và thú vị cho sinh viên cơ khí vì nhiều lí do.Thứ nhất, máy khắc laser di-ốt có thể khắc được nhiều loại vật liệu khác nhau, từ kimloại, nhựa, gỗ cho đến thủy tinh và da Điều này mở ra nhiều ứng dụng trong côngnghiệp, nghệ thuật và trang trí Thứ hai, máy khắc laser có độ chính xác cao và tốc độnhanh, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí sản xuất Thứ ba, máy khắc laser là một thiết

bị an toàn và dễ sử dụng, không cần nhiều phụ kiện hay bảo trì Sinh viên cơ khí có thể

tự lắp ráp và điều khiển máy một cách đơn giản Thứ tư, máy khắc laser cũng là một

đề tài mới mẻ và hấp dẫn trong lĩnh vực cơ khí, giúp sinh viên cập nhật những kiếnthức và kỹ năng mới nhất Ngoài ra, máy khắc laser di-ốt cũng có thể kết hợp với cáccông nghệ khác như AI hay CNC để tạo ra những sản phẩm sáng tạo và độc đáo Vìnhững lí do trên, đề tài máy khắc laser là một lựa chọn tuyệt vời cho sinh viên cơ khí

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Xuân Bảo

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Thịnh Mã SV: 1911504110202

Đoàn Công Nam Mã SV: 1911504110125 Nguyễn Tài Anh Mã SV: 191150110202

1 Tên đề tài:

“Nghiên cứu, tính toán, thiết kế máy khắc laser”

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Thiết kế, tính toán máy khắc laser với công suất nguồn 500mW

- Đầu laser diode có bước sóng 445nm

-Kích thước khung (chưa gồm motor): Dài x Rộng x Cao = 526 * 418 * 194mm

3 Nội dung chính của đồ án:

- Tổng quan về máy khắc laser

- Tính toán, thiết kế máy khắc laser

- Cài đặt và sử dụng phần mềm

- Thiết kế quy trình công nghệ gia công giá đỡ đầu khắc laser

4 Các sản phẩm dự kiến

- 4 bản vẽ A0: bản vẽ lắp, bản vẽ nguyên công, bản vẽ lồng phôi, sơ đồ động học

- 1 bản thuyết minh 70 trang

- Mô hình máy khắc laser hoạt động ổn định

Hiện nay sự phát triển của nền công nghiệp nước ta nói riêng và thế giới nóiriêng, đã và đang dần đổi mới bước vào trời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa, nước tađang mở rộng việc xây dựng và phát triển các khu công nghiệp, nhà máy, các cơ sởsản xuất… Chính vì thế máy gia công cnc ngày càng được sử dụng và không ngừngphát triển nâng cấp về tính công nghệ để đẩy mạnh tiến độ sản xuất và góp phần to lớntrong việc xây dựng và phát triển nền kinh tế đất nước ta.

Chính vì thế nhóm em được giao nhiệm vụ: “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế hệthống máy khắc laser” nhằm mục đích tìm hiểu, nghiên cứu về kết cấu, nguyên lý hoạtđộng của máy để từ đó có thể tính toán, thiết kế, mô phỏng và đưa ra một quy trình chếtạo máy khắc laser một cách hoàn chỉnh nhất có thể

Sau thời gian 5 tháng, dưới sự hỗ trợ và hướng dẫn nhiệt tình của thầy Nguyễn XuânBảo và các thầy trong khoa Cơ Khí, nhóm em đã hoàn thành xong đồ án đúng với thờigian quy định Vì đây là lần đầu thiết kế, chế tạo máy,mặc dù đã được sự hướng dẫncủa thầy TS Nguyễn Xuân Bảo nhưng cũng không tránh khỏi những thiếu sốt Nênchúng em rất mong được sự giúp đỡ và chỉ bảo của quý thầy, cô để chúng em có thểhoàn thành tốt đồ án

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô khoa Cơ Khí, trường Đại học

Sư Phạm Kỹ Thuật Đà Nẵng đã giúp đỡ chúng em rất nhiều trong thời gian thực hiện vàhoàn thành đồ án của nhóm

Chúng em xin cam đoan đây là quá trình “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế hệ máy khắc laser của chúng em”, có sự hỗ trợ của giảng viên hướng dẫn thầy TS.Nguyễn Xuân Bảo Những nội dung, kết quả trong đều là sự nỗ lực của cả nhóm và hoàn toàn trung thực Chúng em xin chịu hoàn trách nhiệm nếu không có sự trung thực trong quátrình thực hiện đề tài này.

Sinh viên thực hiện (Chữ ký, họ và tên sinh viên)

Nguyễn Tiến Thịnh Đoàn Công Nam Nguyễn Tài Anh

TÓM TẮT i

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii

LỜI NÓI ĐẦU iii

CAM ĐOAN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC HÌNH VẼ ix

DANH MỤC BẢNG xi

DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT xii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY KHẮC LASER 3

1.1 Tìm hiểu về laser 3

1.1.1 Laser là gì? 3

1.1.2 Nguyên lý phát sinh tia laser 3

1.1.3 Đặc điểm của tia laser 3

1.1.4 Phân loại tia laser 4

1.1.5 Ứng dụng của tia laser 6

1.2 Công nghệ khắc laser 6

1.3 Ưu điểm của công nghệ khắc laser 7

1.4 Một số công nghệ khắc laser phổ biến hiện nay 8

1.4.1 Công nghệ khắc laser Fiber 8

1.4.2 Nguyên lý hoạt dộng 8

1.4.3 Ứng dụng của máy cắt laser Fiber 9

1.4.4 Công nghệ khắc laser CO2 9

1.4.4.1 Nguyên lý làm việc của máy laser CO2 10

1.4.4.2 Ứng dụng của máy cắt laser CO2 10

1.4.5 Công nghệ khắc laser Surface Removal 11

1.4.5.1 Ưu điểm của công nghệ khắc laser Surface Removal: 11

1.4.5.2 Ứng dụng của công nghệ khắc Laser Surface Removal: 12

1.5.1 Ưu điểm của công nghệ khắc laser Color Change: 13

1.5.2 Nhược điểm của công nghệ khắc laser Color Change: 14

1.5.3 Ứng dụng của công nghệ khắc laser Color Change: 14

1.6 Cấu tạo và cách hoạt động chung của các loại máy khắc laser 15

1.6.1 Các hệ thống chuyển động 15

1.6.2 Hệ thống phân phối chùm tia 15

1.6.3 Hệ thống chuyển động 16

1.6.4 Bộ cộng hưởng laser 16

1.6.5 Kỹ thuật tự động hóa 16

Chương 2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CHI TIẾT CỦA MÁY KHẮC LASER 18

2.1 Thiết kế, mô phỏng máy trên phần mềm 3D 18

2.2 Tính toán, thiết kế phần cơ khí 18

2.2.1 Thiết kế phần khung 18

2.2.2 Tính chọn thanh trượt 20

2.2.2.1 Chọn vật liệu 20

2.2.2.2 Đặc điểm của thanh nhôm định hình 20

2.2.2.3 Nguyên lý làm việc của thanh trượt 21

2.2.3 Tính chọn độ chính xác của thanh trượt 22

2.2.4 Tính chọn thanh trượt dựa trên tải trọng 22

2.2.5 Tính toán mô phỏng trên solidwork 23

2.3 Tính toán các chi tiết vít M5, M3 24

2.3.1 Tính toán cho vít M3 24

2.3.2 Tính toán cho vít M5 27

2.4 Tính chọn puly và dây đai 30

2.4.1 Chọn puly răng 3M 30

2.4.2 Tính chọn dây đai 30

2.5 Tính toán thiết kế các linh kiện điện tử 32

2.5.1 Tính chọn động cơ 32

2.5.1.1 Động cơ bước là gì? 32

2.5.1.2 Cấu tạo động cơ bước 32

2.5.1.4 Các phương pháp để điều khiển động cơ bước 33

2.5.1.5 Tính chọn động cơ bước cho máy 36

2.5.2 Chọn đầu khắc laser 38

2.5.2.1 Diode laser là gì? 38

2.5.2.2 Nguyên lý hoạt động khắc laser Diode 38

2.5.2.3 Ứng dụng của công nghệ khắc laser diode 38

2.5.2.4 Chọn đầu khắc laser 39

2.6 Thiết kế, lựa chọn mạch điều khiển 39

2.7 Bản vẽ chi tiết kết cấu máy 41

Chương 3 CÀI ĐẶT VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM 42

3.1 Giới thiệu phần mềm 42

3.2 Cài đặt điều khiển 42

3.3 Chạy chương trình cài đặt 42

3.4 Cài đặt điều khiển 43

3.5 Cài đặt cơ bản 43

3.6 Cài đặt nâng cao 45

3.7 Thư viện hình ảnh 47

3.8 Kiểm soát khắc 47

3.9 Firmware 48

3.10 Download & Update 48

3.11 Quy trình gia công chi tiết trên máy khắc laser 49

Chương 4 THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG GIÁ ĐỠ ĐẦU KHẮC LASER 53

4.1 Chọn phôi cho chi tiết 53

4.2 Lập quy trình nguyên công 54

4.2.1 Nguyên công 1: phay 2 mặt đáy 55

4.2.2 Nguyên công 2: khoan, khoét, doa 4 lỗ∅ 6 56

4.2.3 Nguyên công 3: Phay 4 mặt bên 59

4.2.4 Nguyên công 4: Phay 2 rãnh 60

4.2.5.1 Tính lượng dư gia công lỗ ∅ 6 61

4.2.5.2 Tính momen xoắn và lực chiều trục 64

Chương 5 KẾT LUẬN 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

Hình 1 1.Laser rắn 4

Hình 1 2 Laser khí 4

Hình 1 3 Laser lỏng 5

Hình 1 4 Laser bán dẫn 5

Hình 1 5 Sử dụng công nghệ khắc laser trên vật liệu kim loại 7

Hình 1 6 Ứng dụng công nghệ khắc trên mica có độ chính xác cao 7

Hình 1 7 Máy khắc laser Fiber 8

Hình 1 8 Ứng dụng cắt họa tiết trên thép tấm 9

Hình 1 9 Máy khắc laser CO2 10

Hình 1 10 Cắt họa tiết inox bằng máy cắt laser CO2 11

Hình 1 11 Phương pháp khắc bóc lớp bề mặt (Surface Removal) 11

Hình 1 12 Công nghệ khắc Laser Surface Removal trên linh kiện ô tô 12

Hình 1 13 Công nghệ khắc laser đổi màu 13

Hình 1 14 Khắc mã QR Code 14

Hình 1 15 Laser YAG diode trực tiếp thách thức laser CO2 và laser YAG được kích hoạt bằng đèn flash 16

Y Hình 2 1 Mô phỏng máy trên phần mềm Solidwork 2020 18

Hình 2 2 Cơ cấu khung trục X 19

Hình 2 3 Cơ cấu khung trục Y 20

Hình 2 4 Thanh trượt dẫn hướng 21

Hình 2 5 Bước ren vít M3 24

Hình 2 6 Mũi taro ren M3 26

Hình 2 7 Bước ren M5 27

Hình 2 8 Mũi taro ren M5 29

Hình 2 9 Cấu tạo bên trong động cơ bước 32

Hình 2 10 Nguyên lý sơ đồ mạch 33

Hình 2 11 Sơ đồ điều khiển theo sóng xung 34

Hình 2 12 Sơ đồ điều khiển đủ bước 35

Hình 2 13 Sơ đồ điều khiển nữa bước 35

Hình 2 14 Sơ đồ điều khiển vi bước 36

Hình 2 15 Động cơ bước 42 37

Hình 2 16 Đầu khắc laser Diode 500mW 39

Hình 2 17 Mạch điều khiển GRBL 40

Hình 2 19 Bản vẽ lắp chi tiết 41

Hình 3 1 Xác nhận cài đặt phần mềm 42

Hình 3 2 Cài đặt ngôn ngữ 43

Hình 3 3 Điều khiển hướng di chuyển 43

Hình 3 4 Cài đặt các thông số khắc 44

Hình 3 5 Cài đặt các thông số của máy 45

Hình 3 6 Thư viện ảnh có sẵn 47

Hình 3 7 Chế độ xem trước phạm vi khắc 48

Hình 3 8 Khởi động phần mềm 49

Hình 3 9 Chọn ảnh từ thư viện 49

Hình 3 10 Căn chỉnh phôi khắc 50

Hình 3 11 Cài đặt thông số khắc 51

Hình 3 12 Tiến hành khắc 51

Hình 3 13 Kiểm tra sản phẩm 52

Hình 4 1 Bản vẽ chi tiết 53

Hình 4 2 Bản vẽ lồng phôi 54

Hình 4 3 Bản vẽ nguyên công 55

DANH MỤC BẢ

kích hoạt bằng đèn flash 17

Y Bảng 2 1 Bảng thông số kĩ thuật 20

Bảng 2 2 Bảng giá trị thông số độ nhám bề mặt (trang 59 sách CNCTM2) 22

Bảng 2 3 Bảng thông số tải trọng 23 Bảng 2 4 Tra bảng taro ren cho vít đầu lục giác M3 26

Bảng 2 5 Bảng thông số taro ren cho vít hệ Mét 27

Bảng 2 6 Tra bảng taro ren cho vít đầu lục giác M5 29

Bảng 2 7 Bảng thông số taro ren cho vít hệ Mét 30

Bảng 2 8 Bảng thông số chọn dây đai 31

DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

RPM Revolutions Per Minute (số vòng quay

của chuyển động tròn trong khoảng thờigian nhất định)

cấp, kiểm soát điều khiển

Mục tiêu thực hiện đề tài

- Nghiên cứu các nguyên lý cơ bản và ứng dụng của máy khắc laser trong công nghiệp

cơ khí

- Thiết kế và chế tạo một máy khắc laser đơn giản, tiết kiệm chi phí và hiệu quả cao

- Thử nghiệm và đánh giá kết quả khắc laser trên các vật liệu khác nhau như kim loại,nhựa, gỗ, thủy tinh

- Đề xuất các giải pháp cải tiến và phát triển máy khắc laser trong tương lai

Phạm vi đối tượng nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và điều khiển máy khắc laser

sử dụng Mạch điều khiển GRBL 32 Bit và phần mềm VIGO Nghiên cứu các thông số

kỹ thuật, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của máy khắc laser trong các lĩnh vực côngnghiệp và nghệ thuật

Đối tượng nghiên cứu: Máy khắc laser là một thiết bị sử dụng tia laser để khắchình ảnh hoặc chữ lên các vật liệu như gỗ, kim loại, nhựa, da, thủy tinh, giấy Máykhắc laser có thể được sử dụng để tạo ra các sản phẩm có giá trị thẩm mỹ cao, nhưtranh, biển hiệu, quà lưu niệm, trang sức

Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tính ngược:

Trong thiết kế các chi tiết máy, để giảm bớt thời gian tính toán, thiết kế và chếtạo Nhóm đã nghiên cứu và lựa chọn các sản phẩm đã có bán sẵn trên thị trường saocho phù hợp với ý định thiết kế, sau đó lấy các thông số của các chi tiết đó để tính toáncho các chi tiết khác

- Phương pháp mô hình hóa:

Từ các ý tưởng, tài liệu nghiên cứu ban đầu, thực hiện mô hình hóa các ý tưởngtrên phần mềm 2D, 3D Từ đó chọn ra được phương pháp phù hợp nhất, sau đó nghiêncứu, điều chỉnh thêm các chi tiết, bộ phận khác nhằm tối ưu nhất cho máy.

- Phương pháp phân tích, tổng hợp:

Tổng hợp tất cả những ý kiến, ý tưởng mà nhóm thu thập được từ các phươngpháp nghiên cứu trên Từ đó phân tích các ý tưởng, ý kiến để chọn ra phương án phùhợp và tối ưu nhất so với mục tiêu ban đầu mà nhóm đề ra, loại bỏ đi các yếu tố dưthừa Phương áp cuối sau khi lựa chọn và lược bỏ sẽ được triển khai theo kế hoạch

- Phương pháp thực nghiệm:

Khi máy đã hoàn thành sơ bộ Thực nghiệm trực tiếp trên máy Nhằm đưa ranhững số liệu chuẩn xác nhất Quan sát và chỉnh sửa những điều bất cập nhằm hoànthiện sản phẩm trước khi nộp đề tài

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY KHẮC LASER1.1 Tìm hiểu về laser

1.1.1 Laser là gì?

Laser là viết tắt của “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”(khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích) Laser là một thiết bị tạo ra ánh sángđịnh hướng cao Nó phát ra ánh sáng thông qua một quá trình gọi là phát xạ kích thíchlàm tăng cường độ ánh sáng Nó là một loại sóng điện từ nằm trong dãy ánh sáng cóthể nhìn thấy được Laser mang đặc tính đặc biệt và được sử dụng trong nhiều lĩnh vựckhác nhau như trong y học, công nghệ sản xuất, khoa học vật liệu và nhiều lĩnh vựckhác

1.1.2 Nguyên lý phát sinh tia laser

Tia laser là một loại ánh sáng đặc biệt có bước sóng rất nhỏ và đồng nhất, có thểtập trung năng lượng cao vào một điểm nhỏ Để tạo ra tia laser, ta cần có một nguồnphát quang (phổ thường là một chất bán dẫn) và hai gương phản xạ đối diện nhau Khinguồn phát quang được kích thích bởi một nguồn năng lượng bên ngoài (như điện,nhiệt, ánh sáng ) các nguyên tử trong nguồn phát quang sẽ chuyển từ trạng thái nănglượng thấp lên trạng thái năng lượng cao Sau đó, các nguyên tử sẽ quay về trạng tháinăng lượng thấp và phát ra ánh sáng có bước sóng nhất định Ánh sáng này sẽ bị phản

xạ qua lại giữa hai gương và được khuếch đại dần dần Khi ánh sáng đạt đến mộtcường độ nhất định, một trong hai gương sẽ cho phép một phần ánh sáng thoát ra vàtạo thành tia laser

1.1.3 Đặc điểm của tia laser

Các đặc điểm của tia laser:

- Sự gắn kết: chúng ta biết rằng ánh sáng khả kiến được phát ra khi các electron bị kíchthích (các electron ở mức năng lượng cao hơn) nhảy xuống mức năng lượng thấp hơn(trạng thái mặt đất) Do đó, ánh sáng được tạo ra bởi laser rất kết hợp Vì sự gắn kếtnày, một lượng lớn năng lượng có thể được tập trung trong một không gian hẹp

- Độ định hướng cao: tia laser phát ra hầu như là chùm song song, do đó có khả năngchiếu xa hàng nghìn km mà không bị phân tán

- Cường độ cao: trong laser, ánh sáng lan truyền trong vùng không gian nhỏ và trongmột phạm vi bước sóng nhỏ Do đó, ánh sáng laser có cường độ lớn hơn khi so với ánhsáng thông thường

- Độ đơn sắc rất cao: tia laser chỉ có một màu (hay một bước sóng) duy nhất, do đó cócường độ lớn và tần số ổn định.

- Độ phối hợp rất cao: tia laser có các sóng ánh sáng cùng pha với nhau, do đó có tínhgắn kết và tương tác mạnh với vật chất

1.1.4 Phân loại tia laser

Tia laser là một loại ánh sáng có đặc tính đặc biệt, được tạo ra bằng cách khuếchđại ánh sáng bằng phát xạ kích thích Tùy thuộc vào môi trường hoạt chất, tia laser cóthể được phân loại thành các loại sau:

- Laser rắn: là loại laser dùng các chất rắn như hồng ngọc, thủy tinh thế hay vật liệuthủy tinh để làm môi trường hoạt chất Laser rắn có tính ứng dụng cao và được sửdụng phổ biến hiện nay

Hình 1 1.Laser rắn

- Laser khí: là loại laser dùng các hỗn hợp khí như heli-neon, carbon dioxide hay nitơ

để làm môi trường hoạt chất Laser khí có thể tạo ra tia laser có bước sóng dài vàcường độ cao, thích hợp cho việc cắt, hàn hay đo lường

Hình 1 2 Laser khí

- Laser chất lỏng: là loại laser dùng các dung dịch hữu cơ hay nước để làm môi trườnghoạt chất Laser chất lỏng có thể tạo ra tia laser có bước sóng ngắn và biến thiên được,thích hợp cho việc nghiên cứu quang học hay y sinh

Hình 1 3 Laser lỏng

- Laser bán dẫn: là loại laser dùng các linh kiện bán dẫn như điốt laser để làm môitrường hoạt chất Laser bán dẫn có kích thước nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng, giáthành rẻ Laser bán dẫn đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày củachúng ta thích hợp cho việc truyền thông cáp quang hay lưu trữ dữ liệu

Hình 1 4 Laser bán dẫn

1.1.5 Ứng dụng của tia laser

Laser là một thiết bị quang học tạo ra chùm ánh sáng đơn sắc cường độ cao bằngcách phát ra bức xạ kích thích Ánh sáng laser khác với ánh sáng thông thường Nó cócác thuộc tính độc đáo khác nhau như sự kết hợp, đơn sắc, định hướng và cường độcao Do những đặc tính độc đáo này, laser được sử dụng trong các ứng dụng khácnhau

Các ứng dụng tia laser:

- Laser trong y học

- Laser trong thông tin liên lạc

- Laser trong các ngành công nghiệp

- Laser trong quân đội

- Laser có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khoa học và công nghệ, như công nghệhoá học, vật liệu bán dẫn, chế tạo vật liệu kim loại, gia công vật liệu, năng lượng,topography và y tế

- Laser có thể được sử dụng để cắt, khoan, hàn, khắc, đo lường, truyền thông và điềutrị các bệnh lý

- Laser có thể phát ra ánh sáng ở các bước sóng khác nhau, từ cực tím đến hồng ngoại,tùy thuộc vào loại vật liệu kích thích và cơ chế phát xạ kích thích

- Laser được phát minh vào năm 1960 dựa trên nguyên lý của maser, một thiết bị phát

ra tia vi sóng

1.2 Công nghệ khắc laser

Máy khắc laser là loại máy sử dụng các chùm tia laser hội tụ tại một điểm trên bềmặt vật liệu làm gia tăng năng lượng đốt cháy điểm cần tác động Từ đó sinh ra nhiệt,

với các bước sóng khác nhau để khắc trên các bề mặt kim loại hay phi kim như: Gỗ,đồng, nhôm, sắt, inox, da Hiện nay các loại máy khắc laser thường được kết nối trựctiếp và chịu sự điều khiển của hệ thống máy tính Các phần mềm máy tính chuyêndụng sẽ điều khiển hệ thống máy khắc giúp máy khắc làm việc theo lập trình đượcthiết lập sẵn Từ đó để khắc hình ảnh, khắc họa tiết, khắc hoa văn theo mọi yêu cầucủa khách hàng Các file khắc đều được thiết kế trên các phần mềm đồ họa như: corel,Photoshop, autocad.

Công nghệ khắc laser hiện nay được ứng dụng trong các lĩnh vực gia công như:quà tặng, sản xuất nhãn mác, khắc mã vạch Và nó được dùng để khắc laser trên cácchất liệu như: gỗ, nhựa, mica, da, thủy tinh…

Hình 1 5 Sử dụng công nghệ khắc laser trên vật liệu kim loại

1.3 Ưu điểm của công nghệ khắc laser

Độ chính xác cao: với những chi tiết nhỏ, khó gia công hay khắc hoa văn phức thì công nghệ khắc laser vẫn được đảm bảo chính độ chính xác Bởi máy laser thường hoạt động trên một phần mềm điều khiển, đã được lập trình sẵn sẽ tránh được những sai sót không đáng có

Có thể gia công được nhiều vật liệu khác nhau: sử dụng hình thức này không chỉgia công trên vật liệu kim loại như inox, đồng, chất liệu sắt, kẽm, thép hay nhôm mà

nó còn có thể gia công trên chất liệu phi kim như gỗ, giấy, vải hay mica…

Khả năng tự động hóa và độ linh hoạt cao: gia công chính xác tuyệt đối, khắc được cảnhững chi tiết cầu kỳ, độ phức tạp cao, vật liệu có độ dày hay mỏng Có thể tạo ra rấtnhiều sản phẩm giống nhau nhờ khả năng làm việc theo tần suất lặp đi lặp lại nhiều

lần Chất lượng gia cao đem lại hiệu quả cao, những đường cắt đẹp, không bị răng cưa,

độ sắc nét và tính chính xác cao chính là điểm cộng cho loại gia công này

Hình 1 6.Ứng dụng công nghệ khắc trên mica có độ chính xác cao

1.4 Một số công nghệ khắc laser phổ biến hiện nay

Hiện nay có rất nhiều phương pháp khắc chi tiết lên bề mặt vật liệu Bài viết nàychúng tôi sẽ giới thiệu đến các bạn một số công nghệ khắc laser phổ biến

1.4.1 Công nghệ khắc laser Fiber

Đây là phương pháp khắc sử dụng các tia sáng được khuếch đại và truyền đi qua

hệ thống cáp quang để truyền dữ liệu Các chùm ánh sáng này sẽ được kéo thẳng vàhội tụ tại một điểm trên ống kính lên bề mặt phôi khắc

Phương pháp khắc này thường được sử dụng cho các chất liệu kim loại tấm hoặc kimloại thông thường Nó mang đến những lợi ích tuyệt vời cho người dùng

Hình 1 7 Máy khắc laser Fiber

1.4.2 Nguyên lý hoạt dộng

Fiber laser chính là laser sợi quang, nó là một biến thể của laser thể rắn, đượchình 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 đếnđầu cắt laser để chốt cháy vật liệu mà không cần thông qua các gương phản xạ

1.4.3 Ứng dụng của máy cắt laser Fiber

- Ứng dụng trong trang trí nội thất, ngoại thất: máy cắt laser fiber có thể tạo ra nhữngsản phẩm tính thẩm mỹ cao với những đường nét hoa văn và họa tiết cực đẹp như:vách ngăn, cầu thang, lan can, tranh cắt cnc, sản phẩm trang trí trong nhà và các chitiết cầu kỳ khác

- Ứng dụng trong ngành cơ khí chế tạo: cắt laser fiber có thể tạo ra các chi tiết theonhững khuôn mẫu tinh xảo với chất lượng sản phẩm tốt và độ chính xác cao Nhữngsản phẩm tạo ra sẽ đúng yêu cầu bản vẽ của người thiết kế

- Ứng dụng trong sản xuất thiết bị công nghiệp, thiết bị y tế, chế tạo ô tô: phương phápcắt fiber laser dễ dàng tạo ra các sản phẩm có độ chính xác cao, gia công được nhữngchi tiết phức tạp mà khó có loại máy nào làm được.

- Ứng dụng trong ngành xây dựng: loại máy cắt fiber laser có thể gia công được kimloại tấm, cắt ống nên sản phẩm của máy được ứng dụng nhiều trong xây dựng

Hình 1 8 Ứng dụng cắt họa tiết trên thép tấm

1.4.4 Công nghệ khắc laser CO2

Máy khắc laser CO2 là loại máy hoạt động bằng năng lượng CO2 được vận hànhthông qua nguồn điện để cung cấp luồng sáng có chất lượng cao Laser CO2 sẽ tạo ramột bề mặt cắt đẹp, mịn hơn khi sử dụng để khắc vật liệu có độ dày lớn Công nghệlaser CO2 này được đánh giá là mang lại nhiều lợi ích tuyệt vời cho người dùng

Hình 1 9 Máy khắc laser CO2

1.4.4.1 Nguyên lý làm việc của máy laser CO2

Máy cắt laser CO2 sử dụng nguồn điện để chuyển hóa khí CO2, N2 và He thànhnăng lượng Nó tạo ra năng lượng proton dưới dạng sóng bức xạ và tạo thành tia laser.Các tia laser mang năng lượng hội tụ tại một điểm để làm cho vật liệu gia công bị nóngchảy Nhờ vậy mà quá trình gia công kim loại trở nên đơn giản và chính xác hơn Căn

cứ vào yêu cầu của sản phẩm tạo ra mà người vận hàng máy có sự điều chỉnh độ cắtnông sâu cho phù hợp Tia laser CO2 thường có bước sóng dao động trong khoảng từ

9 – 11 micromet Năng lượng của nguồn phát laser này là từ một vài chục W đến hàngngàn KW Nguồn laser CO2 thường được đặt trong ống kính liền khối

1.4.4.2 Ứng dụng của máy cắt laser CO2

Dùng laser CO2 để cắt kim loại: đây là một ứng dụng phổ biến và được dùngnhiều nhất Rút ngắn thời gian gia công, ít tốn nhân lực và công sức con người Giáthành khi sử dụng phương pháp gia công kim loại này cũng rẻ hơn những cách khácrất nhiều

Ứng dụng trong thủ công mỹ nghệ và trang trí nội thất: các loại quà tặng, quà lưuniệm thường được cắt khắc hoa văn, tạo nên sự tinh tế và độc đáo bằng máy cắt laserCO2 Có thể ứng dụng công nghệ laser này để cắt khắc trên các vật liệu như gốm,mica, thủy tinh, kim loại, vải Ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp phụ trợ: in logo,

khắc tem mác lên bề mặt sản phẩm là những ứng dụng phổ biến khi khắc cắt lasertrong lĩnh vực công nghiệp phụ trợ

Hình 1 10 Cắt họa tiết inox bằng máy cắt laser CO2

1.4.5 Công nghệ khắc laser Surface Removal

Đây là phương pháp khắc laser công nghiệp pháp triển từ công nghệ khắc sángtối Nó làm bong tróc bề mặt ngoài vật liệu tạo ra vết khắc có màu sắc của lớp vật liệuchính bên trong Các lớp phủ ngoài thường là sơn tĩnh điện hay phôi kim loại đặc biệt.Lớp phủ sau khi cắt sẽ dễ dàng được tách ra tạo nét khắc như mong muốn mà khôngảnh hưởng vật liệu chính bên trong Công nghệ này có thể khắc được trên nhiều loạivật liệu khác nhau, như kim loại, nhựa, gỗ, da, thủy tinh

Với nhiều ứng dụng khắc xử lý bề mặt hiệu quả thông dụng hơn các công nghệtruyền thống Các phương pháp khắc laser công nghiệp đã tạo nên bước đột phá mới

và được hầu hết nhà sản xuất, doanh nghiệp tin tưởng sử dụng

Hình 1 11.Phương pháp khắc bóc lớp bề mặt (Surface Removal)

1.4.5.1 Ưu điểm của công nghệ khắc laser Surface Removal:

- Có thể khắc được trên nhiều loại vật liệu khác nhau, từ kim loại, nhựa, gỗ cho đếnthủy tinh, pha lê

- Tạo nên những sản phẩm có độ chính xác và tinh xảo cao, với những chi tiết nhỏ vàsắc nét

- Không gây ra tiếng ồn hay bụi bẩn trong quá trình khắc, bảo vệ sức khỏe người laođộng

- Tiết kiệm thời gian và chi phí so với các phương pháp khắc truyền thống

- Nhược điểm của công nghệ khắc Laser Surface Removal:

- Cần có máy khắc laser chuyên dụng và đắt tiền để thực hiện công nghệ này

- Có thể gây ra hiện tượng cháy hoặc biến dạng vật liệu do nhiệt độ cao của tia laser

- Cần có kỹ thuật viên có kinh nghiệm và kỹ năng để điều chỉnh máy khắc laser chophù hợp với từng loại vật liệu

1.4.5.2 Ứng dụng của công nghệ khắc Laser Surface Removal:

- Khắc laser trên các sản phẩm điện tử, như điện thoại, máy tính, thiết bị âm thanh đểtạo ra nhãn hiệu, thông tin kỹ thuật hoặc mã vạch

- Khắc laser trên các sản phẩm y tế, như dụng cụ phẫu thuật, thiết bị chẩn đoán, ốngtiêm để đảm bảo an toàn và chất lượng

- Khắc laser trên các sản phẩm quà tặng, quà lưu niệm, trang sức để tạo ra những họatiết độc đáo và cá tính

- Khắc laser trên các sản phẩm công nghiệp, như linh kiện ô tô, máy bay, máy móc đểtăng độ bền và chống ăn mòn

- Khắc laser trên các sản phẩm nghệ thuật, như tranh khắc kim loại, gỗ để tạo ra nhữngtác phẩm sáng tạo và đẹp mắt

Hình 1 12 Công nghệ khắc Laser Surface Removal trên linh kiện ô tô

1.5 Công nghệ khắc laser Color Change

Phương pháp này được thực hiện dựa trên quy trình Cacbon hóa hoặc tạo bọt trêncác vật liệu Dẫn đến sự hấp thụ chùm tia laser trên bề mặt vật liệu và tạo ra hiệu ứngsẫm màu và ấn tượng hơn màu gốc của vật liệu khắc Phương pháp này có thể tạo rađược nhiều màu sắc khắc đẹp theo các đặc điểm tự nhiên của vật liệu Phương phápkhắc đổi màu vật liệu cho phép tạo ra các nét khắc có màu sắc đẹp và bắt mắt hơn hẳn,

có thể được xóa trong bóng tối, phương pháp này cho phép tạo ra nhiều màu sắc khắcrất đẹp theo đặc điểm của vật liệu

Hình 1 13 Công nghệ khắc laser đổi màu

Một trong các phương pháp khắc laser nổi bật khác là khả năng đổi màu vật liệu,tạo hiệu 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 bởi

sự hấp thụ chùm tia laser Trong đó, quy trình carbon hóa tạo hiệu ứng tối, cho vếtkhắc có màu sẫm hơn vật liệu Ngược lại, quy trình tạo bọt lại cho vết khắc màu sáng,

có thể phát quang trong tối Nhờ đó đem hiệu quả tích cực tùy theo mục đích sử dụngcủa khách hàng Phương pháp này còn cho phép tạo các nét khắc đa màu sắc cực đẹpmắt tùy theo đặt tích loại vật liệu khắc

1.5.1 Ưu điểm của công nghệ khắc laser Color Change:

- Cho phép khắc hình ảnh màu sắc chất lượng cao và chi tiết trên nhiều loại vật liệukhác nhau

- Không cần sử dụng mực, hóa chất hay các vật liệu tiêu hao khác, giảm chi phí và tácđộng môi trường

- Không gây ra nhiệt hay áp suất lên bề mặt vật liệu, giữ nguyên độ bền và tính thẩm

1.5.2 Nhược điểm của công nghệ khắc laser Color Change:

- Đòi hỏi thiết bị laser chuyên dụng và đắt tiền, cần có kỹ thuật viên có kinh nghiệm đểvận hành và bảo trì

- Cần có phần mềm thiết kế hình ảnh phù hợp với công nghệ khắc laser color change,cũng như các thiết bị phụ trợ như máy tính, máy quét, máy in, v.v

- Có thể gặp khó khăn khi khắc các vật liệu có bề mặt không đồng nhất hoặc có độcong cao

- Có thể gây ra các vấn đề an toàn khi sử dụng laser, như nguy cơ cháy nổ, bị chói mắthay bị bỏng da

1.5.3 Ứng dụng của công nghệ khắc laser Color Change:

- Khắc mã vạch, QR code, logo, thông tin sản phẩm trên các vật liệu nhựa, kim loại, gỗ

- Khắc họa tiết, hoa văn, tranh ảnh trên các vật liệu da, thủy tinh, gỗ

- Khắc các sản phẩm quà tặng, quà lưu niệm, đồ trang sức trên các vật liệu kim loại,da

- Khắc các chi tiết cơ khí chính xác trên các vật liệu kim loại, hợp kim

Máy cắt bằng tia laser chuyển động sử dụng hệ thống bàn / phôi Hệ thốngchuyển động này tương tự như hệ thống chuyển động của các máy kết hợp laser / bắnthủng Độ dài đường quang không thay đổi, các chùm tia quang học di chuyển theotrục Z và tập trung thành điểm để theo dõi bề mặt trên toàn bộ đường bao làm việc.

Máy cắt laser kết hợp giữa hệ thống chuyển động đầu dò quang học và hệ thốngchuyển động bàn/phôi Phôi sẽ chuyển động chạy dọc theo trục X và đầu dò quang họcchuyển động theo trục Y, Z Sự kết hợp giữa 2 phương thức chuyển động khiến cho độdài đường quang học được giới hạn trong hành trình trục Y

3D-laser với một gantry năm trục gia công các hình dạng hoặc đóng dấu sảnphẩm Đây gần như là phương pháp cắt kim loại tiêu chuẩn để phát triển nguyên mẫumáy tự động Nó có thể có một hình bao làm việc rất rộng, toàn bộ kích thước máy

1.6.2 Hệ thống phân phối chùm tia

Các hệ thống laser YAG được đánh giá cao bởi việc sử dụng phân bố chùm sợiquang linh hoạt Sợi quang đảm bảo độ dài sợi quang không thay đổi Hai loại được sửdụng là sợi quang chỉ số bước và sợi quang chỉ số phân cấp, cái sau đảm bảo chùm tiatập trung cao hơn Đối với việc sử dụng cắt kim loại công nghiệp với hệ thống YAGmultikilowatt, đường kính sợi có sẵn trên thị trường có độ rộng trung bình là 0,6 -1mm Đường kính sợi nhỏ hơn 0,6 mm đang hướng tới thị trường

Sợi quang linh hoạt cho chùm tia laser CO2 bước sóng 10,6 m không có sẵn trênthị trường Sự phát triển trong các vật liệu sợi 10,6 m khác nhau đang được tiến hành

và có thể bắt đầu với hệ thống năng lượng thấp Các hệ thống ống dẫn sóng trông có

vẻ hứa hẹn cho bước sóng 10,6 m, nhưng không bao giờ mang lại sản phẩm côngnghiệp cho các hệ thống laser CO2 multikilowatt Thay vào đó, sự phát triển công nghệ

đã tăng tốc trong 15 năm qua đã mang lại các hệ thống phân phối chùm tia giúp duy trì

sự ổn định của quá trình trên toàn bộ hình bao công việc (Haas 2002)

Công nghệ Bifocal sử dụng các hệ thống phân phối chùm tia mang lại hai độ dàitiêu cự khác nhau Một phần của chùm tia laser kết thúc được tập trung ở một vị tríkhác với phần còn lại (Nielsen 1998), do đó tạo ra nhiều hơn một mật độ năng lượngtối ưu dọc theo trục quang Công nghệ như vậy cho phép tốc độ cắt nhanh hơn và tiêuthụ khí hỗ trợ hiệu quả hơn, đặc biệt đối với cắt laser áp suất cao, khí hỗ trợ nitơ

Hình 1 15 Laser YAG diode trực tiếp thách thức laser CO 2 và laser YAG được kích

hoạt bằng đèn flash

1.6.3 Hệ thống chuyển động

Các hệ thống chuyển động đang chuyển đổi từ động cơ servo truyền thống vớitrục quay sang công nghệ động cơ tuyến tính Động cơ servo truyền mô-men quaythành chuyển động tuyến tính bằng cách kẹp một vít bi Động cơ tuyến tính sử dụng sựtương tác giữa hai vectơ từ trường để tạo ra lực và chuyển động tuyến tính Vì khớpnối được thực hiện trực tiếp bằng tương tác từ trường, không có tiếp xúc vật lý giữacác bộ phận chuyển động Nó mang lại ít ma sát và phản ứng mạnh mẽ, tăng tốc vàkhả năng truyền tải nhanh nhanh hơn Kết quả là độ nét cao và độ chính xác cao hơncủa các biên dạng phức tạp tại tốc độ cao và ít bị mài mòn hơn

1.6.4 Bộ cộng hưởng laser

Từ khi ra đời đến nay kĩ thuật laser đã không ngừng phát triển với tốc độ rấtnhanh Các loại laser đã ngày càng chứng tỏ được những ưu thế vượt trội trong nhiềulĩnh vực: khoa học công công, y học, đại chất Với nhu cầu ứng dụng rộng rãi, laser

đã được phát triển rộng rãi, đa dạng và kĩ thuật chế tạo laser cũng ngày càng hoànthiên hơn

Bộ cộng hưởng quang học là một trong những bộ phạn quang trọng của laser Đó

là một cấu trúc cơ-quang trong đó các thành phần quang học được bố trí sao cho mộtchùm ánh sáng có thể lưu chuyển thành một hành trình khép kín

1.6.5 Kỹ thuật tự động hóa

Các phần mềm CAD/CAM phát triển nhanh chóng khi các loại vật liệu dần trởnên giống hệt nhau và phù hợp với một tiêu chuẩn phổ quát hơn Các phần mềm nàychuyển đổi thiết kế chi tiết thành phần mềm sản xuất, cung cấp các chức năng dànhriêng cho laser như lập trình dòng máy, điều khiển vòng lặp, công suất đầu ra và giacông xử lý góc đỉnh Cùng với nhau, phần mềm và tự động hoá xử lý vật liệu mang lạicác quy trình sản xuất đa dạng

Laser kích hoạtbằng diode trựctiếp

CO 2 Laser

Laser YAGđược sử dụngbằng kích hoạtflash

Laser YAGdùng diode

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

hoạt bằng đèn flash

Chương 2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT CỦA MÁY KHẮC

LASER

2.1 Thiết kế, mô phỏng máy trên phần mềm 3D

Quá trình thiết kế chế tạo máy khắc laser được vẽ và mô phỏng 3D trên phần mềmSolid Works 2020

Hình 2 1 Mô phỏng máy trên phần mềm Solidwork 2020

2.2 Tính toán, thiết kế phần cơ khí

Kết cấu khung trục X của máy khắc laser: được chia làm 2 vùng

- Vùng chết: là phạm vi mà đầu khắc không thể di chuyển tới do va chạm cơ khí

- Vùng làm việc: là phạm vi vùng mà đầu khắc có thể tự do di chuyển

Qua quá trình tính toán thiết kế chiều dài tổng thể của trục X= 418mm, kích thước đầukhắc laser khi lắp ráp đầy đủ linh kiện là 80mm Tại vùng chết, dựa vào mô phỏng trênSolidwork, ta có thể tính toán, lựa khoảng cách cho vùng chết là 14mm Để từ đó ta cóthể tính được phạm vi làm việc an toàn của máy (là khoảng cách của vị trí tâm đầukhắc khi ở tận cùng bên trái với khi tâm đầu khắc ở tận cùng bên phải) bằng 285mmPhần khung trục X của máy bao gồm những bộ phận sau:

- Đầu khắc laser

- Động cơ

- Con lăn, thanh trượt và dây đai

- Giá đỡ đầu khắc và động cơ

Hình 2 2 Cơ cấu khung trục X

Kết cấu khung trục Y của máy khắc laser:

Khung trục Y có chiều dài 526mm bao gồm: động cơ bước, giá đỡ động cơ, conlăn, thanh trượt và dây đai Vùng hoạt động an toàn (tính từ tâm đầu khắc theo chiềudọc) bằng 395mm

Hình 2 3 Cơ cấu khung trục Y

2.2.2 Tính chọn thanh trượt

Thanh trượt được sử dụng thanh nhôm định hình có kích thước 20x40mm

2.2.2.2 Đặc điểm của thanh nhôm định hình

Được làm từ nhôm nguyên chất cùng với lớp hoàn thiện anodized giúp bề mặtnhôm luôn sáng bóng, có độ thẩm mỹ cao, đồng thời có thể chịu được áp lực cao, tránhđược các hiện tượng như cong vênh hay giãn nứt

Bề mặt được Anot hóa màu trắng bạc giúp sản phẩm có tính thẩm mỹ cao và kèmtheo khả năng chống oxi hóa, cùng với khả năng chịu tác động của thời tiết Bên cạnh

đó, khả năng chống tĩnh điện cũng cực kỳ tốt, do đó bạn hoàn toàn có thể yên tâm khi

sử dụng sản phẩm

Là sản phẩm tuyệt vời cho bảo vệ máy, thùng loa âm thanh, băng ghế làm việc,giá treo bảng điều khiển, màn hình, khung 3D CNC, khung in 3D hoặc bất kỳ sảnphẩm nào yêu cầu vẻ ngoài sạch sẽ, thẩm mỹ

2.2.2.3 Nguyên lý làm việc của thanh trượt

Thanh trượt (Linear motion) là linh kiện cnc dùng để dẫn hướng, dựa trên nguyên

lý chuyển động tịnh tiến giữa con trượt và ray trượt, tạo nên hệ thống dẫn hướng theođường thẳng, vì vậy còn được gọi với cái tên ray trượt tuyến tính Nó hoạt động gầnnhư chính xác và có khả năng chịu tải cực tốt

Hình 2 4 Thanh trượt dẫn hướng

Ray trượt sẽ giúp cơ cấu máy chuyển động tịnh tiến một cách chính xác nhất.Con trượt và ray trượt phải chịu một tải trọng tương đối lớn nhưng linh kiện này vẫnhoạt động một cách êm ái và chính xác cao

Hiện tại trên thị trường thì thanh trượt vuông là loại có độ cứng và độ ổn định caonhất Ray trượt vuông có độ chịu tải nặng gấp 1.5 lần so với các thanh trượt khác

2.2.3 Tính chọn độ chính xác của thanh trượt.

Độ chính xác của thanh trượt là thông số dùng để đánh giá độ chính xác củathanh trượt khi con lăn chạy hoặc di chuyển trên đường ray dẫn hướng của thanh Độchính xác thường được yêu cầu được thể hiện ở cấp độ chính xác

L (mm)

Phương pháp gia công

-320 - 160

160 - 80

80 - 40

888

Tiện, thô,cưa dũa,khoan…

Các bề mặt khôngtiếp xúc, khôngquan trọng: giá đỡ,chân máy v.v…