công nghệ cắt laser tự động

MỤC LỤC CƠ ĐIỆN TỬ TRONG DỆT MAY_MÁY CẮT LASER TỰ DỘNG_ĐỖ NGUYỄN ANH THƯ_21003323 LỜI NÓI ĐẦU LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) là một trong những phát minh quan trọng nhất của thế kỉ XX. Từ phát minh ra lí thuyết bức xạ kích thích của Einstein năm 1917, đến quan sát được bằng thực nghiệm bức xạ kích thích của Fabricant, giáo sư của trường đại học năng lượng Moska năm 1940, đã là cơ sở để Towns, nhà vật lý người Mỹ phát minh ra máy khuếch đại sóng điện từ bằng bức xạ kích thích. Đến tháng 2 năm 1960, Maiman đã chế tạo ra Laser rubi (Laser hồng ngọc)-laser đầu tiên trên thế giới. Đến tháng 6/1960, Javan đã chế tạo ra laser He-Ne. Từ đó đã dấy lên cao trào nghiên cứu và ứng dụng laser. Cho đến nay, Laser đã đươc ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành khoa học, công nghệ, y tế và sản xuất. Trong công nghiệp dệt may, Laser là một “cánh tay” hỗ trợ đắc lực cho sản xuất như máy giác sơ đồ laser, máy in laser, máy dò, máy cắt laser… Vì vậy, chủ đề của tiểu luận “Cơ điện tử trong dệt may” này, xin chọn và tìm hiểu về công nghệ cắt bằng laser. Do kiến thức về chuyên môn và khả năng đọc tài liệu tiếng anh chưa được hoàn thiện, nên bài viết còn nhiều thiếu xót, mong thầy và các bạn đón nhận và góp ý. 2 CƠ ĐIỆN TỬ TRONG DỆT MAY_MÁY CẮT LASER TỰ DỘNG_ĐỖ NGUYỄN ANH THƯ_21003323 A. GIỚI THIỆU: Trong thập kỷ qua, công nghệ cắt laser đã phát triển, và trở thành công nghệ tiên tiến nhất hiện nay. Công nghệ cắt Laser là công nghệ sử dụng một chùm tia sáng có bước sóng xác định đối với mỗi loại hoạt chất phát tia và có tính định hướng rất cao. Có thể dùng hệ thống quang học để điều khiển hướng đi của laser, tập trung năng lượng tia tại một vùng diện tích nhỏ. Với mức độ tập trung năng lượng rất cao, cắt laser có thể gia công vật liệu như hàn, cắt, khắc, khoan…Chính điều đó đã giúp cho công nghệ này đi vào cuộc sống qua nhiều lĩnh vực khác nhau. Cơ khí chế tạo máy: Công nghệ cắt Laser được ứng dụng trong các ngành kỹ thuật cơ khí chế tạo, nó giúp tạo ra các sản phẩm với mức độ phức tạp cao, đòi hỏi tính chuẩn xác mà gia công thủ công không thể đạt tới. Với sự giúp đỡ của công nghệ cắt Laser, sản phẩm ra đời có chất lượng tôt hơn, giá cả phải chăng, và năng suất làm việc tăng lên đáng kể. Điêu khắc: Công nghệ cắt laser hiện nay đã khá phổ thông tại các nước trên thế giới, công nghệ này với nước ta còn khá mới nhưng trong những năm gần đây, công nghệ cắt laser đã thật sự phát triển vượt bậc . Các nghệ nhân nước nhà đã nhanh chóng nhận ra khả năng tuyệt vời của công nghệ này nên các tác phẩm điêu khắc hầu hết đã có sự tham gia của máy cắt laser Y học: Cắt Laser chính xác gần như tuyệt đối, vì vậy tia laser đã được đưa vào để điều trị các bệnh khúc xạ. Phẫu thuật LASIK chính là kỹ thuật phát triển dựa vào nguyên lý của kỹ thuật cắt laser. Kỹ thuật này cũng đã được chấp thuận cho phi công và phi hành gia Mỹ Một số lĩnh vực đời sống: Ngoài ra, công nghệ cắt Laser còn được ứng dụng trong các ngành quảng cáo như khắc cắt họa tiết, hoa văn, hình ảnh, hình ảnh 3D, làm bảng hiệu, quản cáo. (Khắc và cắt trên các loại gỗ, trên mica, làm mô hình.Khắc trên pha lê, thủy tinh, kiếng, đá.Khắc họa tiết, hoa văn trên các sản phẩm quà tặng, kỷ niệm chương. Khắc logo thương hiệu…) Và nhất là ứng dụng trong ngành May thời trang: Công nghệ cắt laser có thể cắt những chi tiết có mạch cắt cực nhỏ (<0,2mm) . Còn gì tuyệt vời hơn thế khi có thể sáng tạo ra những bộ sưu tập thời trang với những đường nét cực tinh tế mà công sức bỏ ra lại rất ít, việc còn lại là nhà tạo mẫu có thể thoải mái bay bổng với những ý tưởng của mình 3 CƠ ĐIỆN TỬ TRONG DỆT MAY_MÁY CẮT LASER TỰ DỘNG_ĐỖ NGUYỄN ANH THƯ_21003323 B. CÔNG NGHỆ CẮT LASER 1. Quy trình cắt laser: Hình 1 : Sơ đồ nguyên lí của hệ thống cắt laser a. Các loại quy trình cắt: Sau khi được sinh ta từ nguồn laser, những chùm tia laser tiếp tuyến được chuyển đến đầu cắt bằng những tấm gương phản chiếu. Sau đó, các chùm tia laser này được đi qua một thấu kính hội tụ và tập trung tại một đầu ra nhỏ, chiếu lên chi tiết cần được gia công. Chùm tia laser mang năng lượng lớn và mật độ tập trung cao nhanh chóng đốt nóng chi tiết gia công, làm tan chảy vật liệu tại vị trí mà chùm laser chiếu vào. Bên cạnh đó trong quá trình cắt khí gas được đưa vào hỗ trợ, có tác dụng bảo vệ, làm mát thấu kính hội tụ và tăng quá trình bốc hơi vật liệu bị nóng chảy do tác dụng đốt cháy của chùm tia laser. Tùy vào loại khí gas sử dụng để hộ trợ, ta có hai quá trình cắt: - Khi cắt bằng oxi, vật liệu bị đốt nóng tan chảy và bay hơi trước khi đạt đến nhiệt độ bốc cháy bằng chùm tia laser. Chính phản ứng mãnh liệt giữa oxi và vật liệu 4 CƠ ĐIỆN TỬ TRONG DỆT MAY_MÁY CẮT LASER TỰ DỘNG_ĐỖ NGUYỄN ANH THƯ_21003323 (kim loại) đã gia thêm nhiệt độ giúp cho vật liệu được bốc hơi nhanh hơn. Nhờ vậy, khi sử dụng khí oxi cho quá trình cắt có thể cắt xuyên qua được những chỗ dày và cứng nhất của vật liệu (kim lọi) - Khi cắt bằng những khí không phản ứng như là nito hay acgon. Vật liệu chỉ được nóng chảy và bốc hơi chỉ nhờ vào công suất của tia laser. Do chất khí không phản ứng với vật liệu (kim loại) nóng chảy, không có thêm nguồn nhiệt sinh ra để hỗ trợ cho quá trình làm bốc hơi nhiệt độ, nên năng lượng của laser để cắt nguyên liệu cùng độ dày phải lớn hơn so với khi sử dụng khí oxi hỗ trợ. Cắt bằng khí không phản ứng thường được xem là cắt sạch hoặc cắt áp suất cao. Bên cạnh đó còn quá trình cắt khác đó là cắt bay hơi. Khi cắt bay hơi, vật liệu sẽ biến đổi thành hơi mà không thông qua sự nóng chảy. Khí ga có thể dùng để hỗ trợ cho quá trình cắt. Trong cắt “lạnh”, năng lượng của chùm tia laser sẽ biến bề mặt vật liệu thành dạng bột. Đối với phương pháp này, không cần đến sự hỗ trợ của khí gas. b. Tia laser: Có thể sử dụng nhiều loại tia laser để cắt, tuy nhiên phải đảm bảo điều kiện các chùm tia có thể tập hợp tại mỏ cắt nhỏ, với năng lượng cắt đủ lớn để làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu. Laser có thể ở dạng khí như CO2, hỗn hợp khí gas, song có độ bức xạ lớn nhất và phổ biến nhất vẫn là tia laser được tạo bởi thành phận từ trạng thái chất rắn như Nd:YAG và Yt:YAG. Laser diode là một thí dụ khác của laser chất rắn, có thể dùng để cắt các chi tiết gia công cấu thành từ hợp kim Trong ngành may người ta thường sử dụng tia laser CO2 đế cắt vải, rập khuôn và khắc họa tiết lên vật liệu. 5 CƠ ĐIỆN TỬ TRONG DỆT MAY_MÁY CẮT LASER TỰ DỘNG_ĐỖ NGUYỄN ANH THƯ_21003323 2. Những thông số kĩ thuật trong quá trình cắt laser: a. Sóng liên tục (cw) hoặc xung Phương thức phát sóng liên tục muốn đạt được tốc độ cắt cao phải đặt vào một mức năng lượng lớn. Trong chế độ phát sóng liên tục, năng lượng của một laser là hằng số không thay đổi theo thời gian. Ở tốc độ cao, năng lượng của laser hầu hết được sử dụng để đốt nóng và làm bốc hơi vật liệu tại nơi tập trung chùm laser. Tuy nhiên, một số năng lượng nhiệt dùng vào việc làm nóng chi tiết cắt khi cắt ở mặt trái hoặc khi cắt quanh các góc. Điều này làm giảm tốc độ cắt và nung nóng chi tiết gia công trước khi cắt. Khi cắt hay khoan lỗ đối với những vật liệu dày khó đạt được chất lượng như ý khi dùng phương thức phát sóng laser liên tục với năng lượng cao. Trong những trường hợp như thế, xử lí xung sẽ cho ra kết quả tốt hơn. Năng lượng cực đại của xung ngắn đảm bảo hiệu quả đốt nóng gây phá hủy mạnh từ bên trong của nguyên liệu trong khi năng lượng thấp và trung bình giúp giữ mát cho chi tiết gia công Tốc độ cắt của phương pháp phát xung thấp hơn nhiều so với phát sóng liên tục cw. Năng suất trung bình giảm xuống còn khoảng 100W. Điều đó dẫn đến kết quả là tốc độ cắt chỉ bằng 10% của phương pháp phát sóng liên tục cw. Khi cắt vật liệu kim loại, nói chung năng lượng cực đại nằm trong khoảng 1 đến 10KW và mỗi xung nằm trong khoảng 1 đến 3 milisec, đủ để làm tan chảy lớp nguyên liệu trước khi cắt. 6 CƠ ĐIỆN TỬ TRONG DỆT MAY_MÁY CẮT LASER TỰ DỘNG_ĐỖ NGUYỄN ANH THƯ_21003323 Hình 2 : Ví dụ giá trị cắt với năng lượng laser xấp xỉ 3KW b. Năng lượng và cường độ laser: Laser thường được mô tả về mặt cường độ, chẳng hạn như 1000W hay 6W. Cường độ laser là năng lượng phát xạ toàn phần dưới dạng ánh sang laser mỗi giây. Cường độ của chùm tia laser bằng năng lượng của nó chia cho diện tích cường độ tập trung. Chẳng hạn như, hội tụ chùm tia laser 1 KW giới hạn trong đường kính của 0.1 mm ( 0.004 inch ) sẽ dẫn đến mật độ năng lượng xấp xỉ của 125 kW trên mm2. Cường độ cao đã làm cho vật liệu bị nung nóng nhanh chóng trong thời gian ngắn, sẵn sàng để nhiệt để làm tiêu tán vào vật liệu xung quanh. Cường độ của laser xác định độ dày có thể cắt, với những vật liệu dày yêu cầu cường độ phải cao hơn. Có thể tăng cường độ cao hơn bằng cách năng lượng laser hoặc 7 CƠ ĐIỆN TỬ TRONG DỆT MAY_MÁY CẮT LASER TỰ DỘNG_ĐỖ NGUYỄN ANH THƯ_21003323 bằng cách sử dụng thấu kính hội tụ với tiêu cự ngắn. Tuy nhiên, để hội tụ các tia đến mỏ cắt phải hạ độ sâu của tiêu điểm và do đó không phù hợp cho cắt các vật liệu dày. Có thể đạt được cường độ cao trong công nghệ phát xung hoặc phát sóng liên tục cw. Vì vậy, hoặc là dùng năng lượng xung để cắt hoặc là dùng năng lượng trung bình cắt liên để cắt. Tốc độ cắt được quyết định bằng mức năng lượng trung bình. Độ lớn năng lượng trung bình và độ lớn tốc độ (hình 2). Cường độ của CO2 và tia có thể rất lớn, cho phép tiếp tục cắt bay hơi liên tục đối với những vật liệu mỏng. Kim loại có độ dày 1-1.5 mm phải cắt tốc độ cao hơn 10m/min. Khí gas hỗ trợ dùng để làm bốc hơi vật liệu (kim loại) nóng chảy và bảo vệ thấu kính hội tụ. Trong thời gian phản ứng ngắn, loại khí không quan trọng và khí nén phải đầy. Trên đường dài, khả năng cung cấp hội tụ của tia laser cũng rất tốt. Được sử dụng trong quét quang học để nhanh chóng di chuyển tia laser qua vật liệu cắt. Khí cắt không được áp dụng trên đường dài và đối với các loại vật liệu bay hơi một cách tự phát. Hình 3 : Chùm laser hội tụ 8 CƠ ĐIỆN TỬ TRONG DỆT MAY_MÁY CẮT LASER TỰ DỘNG_ĐỖ NGUYỄN ANH THƯ_21003323 c. Tiêu cự của thấu kính: Tiêu cự của thấu kính xác định hình dạng của những tia laser được hội tụ tại tiêu điểm. Kích cỡ tối thiểu của mỏ cắt (df) là hàm của bước sóng (l), chế độ phát xạ (K), đường kính của những tia không tập trung (D) tại thấu kính và tiêu cự (f) của thấu kính tính theo: Đường kính tối thiểu của mỏ cắt: Tiêu cự ngắn ( f ) Chế độ tốt = bằng cường độ phân phối (Gaussian kín, K = 1 / M2 = 1 ) ( K ) Bước sóng ngắn của chùm tia laser ( 3 l ) Đường kính lớn của các tia tại thấu kính ( D ) Độ sâu tiêu cự Zf, xác định mức độ dung sai cho sự thay đổi của khoảng cách từ thấu kính đến vật chi tiết gia công, phụ thuộc cùng một thông số. Nói chung, kích thước mỏ cắt nhỏ tương đồng với tiêu cự ngắn. Điều này có nghĩa là, tiêu cự của thấu kính tạo ra kích cỡ của mỏ cắt nhỏ, thường tạo ra tốc độ cao và chất lượng tốt cho việc cắt những tấm kim loại mỏng. Tuy nhiên, cần kiểm soát khoảng cách giữa thấu kính và chi tiết gia công. Khi cắt những vật liệu dày, độ sâu của tiêu cự phải điều chỉnh cho phù hợp với độ dày của vật liệu, bằng cách lựa chọn một độ dài tiêu cự thích hợp (Hình 3). 9 CƠ ĐIỆN TỬ TRONG DỆT MAY_MÁY CẮT LASER TỰ DỘNG_ĐỖ NGUYỄN ANH THƯ_21003323 Hình 4 : Phân phối cường độ tia laser: Hình 5: Hàm của bước sóng cho các loại vật liệu 10 [...]... MAY_MÁY CẮT LASER TỰ DỘNG_ĐỖ NGUYỄN ANH THƯ_21003323 11 d Chế độ tia laser: Chế độ của tia laser nói về việc phân phối năng lượng qua mặt cắt ( hình 4) Chế độ của tia laser tác động quá trình cắt, vì: - Nó tác động đến kích cỡ chỗ tập trung và cường độ ánh sáng hội tụ Nó tác động đến phân phối cường độ và hội tụ của tia, tạo kết quả chất lượng cắt Một chế độ tốt là điều thiết yếu trong công nghệ cắt laser. .. chùm tia laser: Bước sóng của chùm tia laser ảnh hưởng không nhỏ đến quá trình cắt Đối với mỗi loại vật liệu khác nhau, ta lựa chọn bước sóng chùm laser khác nhau Hàm bước sóng cho các loại vật liệu (Hình 5) C MÁY CẮT LASER TỰ ĐỘNG: Máy cắt laser công nghệ cao cho ra những đường cắt chi tiết mảnh, tinh tế Máy được tạo thành từ những bộ phận chính như: tia laser, bộ phận dẫn hướng tia laser, cắt đầu... MAY_MÁY CẮT LASER TỰ DỘNG_ĐỖ NGUYỄN ANH THƯ_21003323 12 bốc hơi các đường chi tiết cắt trong thời gian ngắn nhất, trong quá trình cắt laser còn có hệ thống khí gas hỗ trợ Thổi khí ga hỗ trợ có thể gia tốc cho quá trình cắt đến 40% Quá trình cắt theo các đường đồng mức có thể do mũi cắt laser chuyển động hoặc chi tiết gia công chuyển động Máy cho chuyển động là phù hợp với của nhu cầu của máy laser Trong công. .. THƯ_21003323 13 Hình 3 : Biến thể của máy cắt laser Hình 4 : máy cắt Laser 3D D VÍ DỤ MÁY CẮT LASER DÙNG TRONG CÔNG NGHỆ MAY: Ccd Contour Cutter: (Máy Cắt Đường Vòng Bằng Laser Ccd) CƠ ĐIỆN TỬ TRONG DỆT MAY_MÁY CẮT LASER TỰ DỘNG_ĐỖ NGUYỄN ANH THƯ_21003323 14 a Đặc tính kỹ thuật: Hệ thống b làm mát (Máy bơm nước, máy làm lạnh công nghiệp) dùng làm mát ống laser CO2 để đảm bảo ống laser làm việc Máy tình trạng ổnbơm... Trong công nghiệp ngày nay, ta bắt gặp rất nhiều loại máy cắt laser Để phân loại máy cắt laser trước tiên dựa vào chuyển động tương đối giữa chùm tia laze và chi tiết gia công Dạng và hình dạng của máy cắt laser tùy vào dạng và kích thước của chi tiết gia công cũng như theo yêu cầu chính xác và chất lượng công việc Biến thể có thể của máy cắt laser có phát sung, đạt hiệu quả thực sự khi sử dụng CNC... THƯ_21003323 15 CƠ ĐIỆN TỬ TRONG DỆT MAY_MÁY CẮT LASER TỰ DỘNG_ĐỖ NGUYỄN ANH THƯ_21003323 16 c Vật liệu: Máy có thể cắt hoặc trỗ (khắc) lên nhiều loại vật liệu khác nhau CƠ ĐIỆN TỬ TRONG DỆT MAY_MÁY CẮT LASER TỰ DỘNG_ĐỖ NGUYỄN ANH THƯ_21003323 17 d Tốc độ cắt: Tốc độ cắt của máy phụ thuộc vào những vật liệu cắt khác nhau: E TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Laser cutting LASERLINE® Technical (BOC-member of The Linde... thiết bị điều khiển 1 .Laser 2.Bộ phận dẫn hướng tia phát xạ 3 .Cắt đầu bàn 4.Tọa độ 5.Thiết bị điều khiển 6.Hệ thống nguồn, cung cấp năng lượng Hình 6: Mô hình cơ sở của máy cắt laser tự động Laser là máy phát lượng tử quang học, sinh ra chùm tia sáng, đó chính là công cụ để máy làm việc trong suốt quá trình Kích thước mỏ cắt, nơi hội tụ các tia laser có đường kính từ 0,2 mm với mật độ công suất hơn 108... trục máy hệ thống cho phép chuyển động tuyến tính đường kẻ CNC được tuyên bố vượt trội hơn và được dùng trong sản xuất của máy công cụ Tùy vào điều kiện làm việc, điều chỉnh cường độ chương trình cho phù hợp với tốc độ xử lý, điều khiển áp suất khí cắt và tham số laser Máy cắt laser CNC là giải pháp tối ưu cho quá trình cắt vật liệu CƠ ĐIỆN TỬ TRONG DỆT MAY_MÁY CẮT LASER TỰ DỘNG_ĐỖ NGUYỄN ANH THƯ_21003323... trình được cài đặt đường cắt laser Để đảm bên ngoài laser Được đặt đằng của máy và bảo khía cắt hoàn hảo sau máy và các đường ống nước lối vào nó là đặt đằng sau máy làm bàn không khí là dưới mát được liên kết và với các ống laser như là miệng thổi ở làm việc đầu laser Phụ tùng của máy: Bao gồm máy bơm không khí,quạt , hệ thống làm mát CƠ ĐIỆN TỬ TRONG DỆT MAY_MÁY CẮT LASER TỰ DỘNG_ĐỖ NGUYỄN ANH THƯ_21003323... Linde Group) Tài liệu được đính kèm riêng, vì định dạng file PDF nên không thể đưa trực tiếp vào bài viết được 2 laser cutting machines for 3-d thin sheet parts 3 https://en.wikipedia.org/wiki /Laser_ cutting 4 http://www.careel-tech.com/detail13.html 5 http://en.wikipedia.org/wiki/List_of _laser_ applications 6 https://www.google.com/ . MAY_MÁY CẮT LASER TỰ DỘNG_ĐỖ NGUYỄN ANH THƯ_21003323 A. GIỚI THIỆU: Trong thập kỷ qua, công nghệ cắt laser đã phát triển, và trở thành công nghệ tiên tiến nhất hiện nay. Công nghệ cắt Laser là công. máy cắt laser Hình 4 : máy cắt Laser 3D D. VÍ DỤ MÁY CẮT LASER DÙNG TRONG CÔNG NGHỆ MAY: Ccd Contour Cutter: (Máy Cắt Đường Vòng Bằng Laser Ccd) 13 CƠ ĐIỆN TỬ TRONG DỆT MAY_MÁY CẮT LASER TỰ DỘNG_ĐỖ. MÁY CẮT LASER TỰ ĐỘNG: Máy cắt laser công nghệ cao cho ra những đường cắt chi tiết mảnh, tinh tế. Máy được tạo thành từ những bộ phận chính như: tia laser, bộ phận dẫn hướng tia laser, cắt đầu