Tất tần tật từ A đến Z về máy khắc  laser fiber, máy khắc laser kim loại

19/03/2021 Đăng bởi: maycatlaser.vn novatech

1. Tất tần tật từ A đến Z về máy khắc  laser fiber, máy khắc laser kim loại

Máy khắc laser kim loại có mặt ở khắp mọi nơi từ trong sản xuất tới gia công quà tặng. Nhờ việc thay đổi dễ dàng công suất laser, tần số laser, thời gian chiếu laser mà chúng được sử dụng  để thực hiện cắt, đánh dấu, hàn, làm sạch, tạo kết cấu, khoan... Chúng cũng được sử dụng trong các lĩnh vực khác như viễn thông và y học.

Hôm nay, các bạn hãy cùng Novatech Vietnam tìm hiểu mọi thứ về dòng máy khắc laser fiber nhé.

Máy khắc laser fiber sử dụng một nguồn bơm laser có công suất từ vài watt tới vài chục watt được dẫn qua một sợi cáp quang làm bằng thủy tinh silica. Chùm tia laser có năng lượng cao, tập trung trên một diện tích nhỏ nhờ hệ thống thấu kính, hiệu suất chuyển đổi quan điện lên tới 30%, chi phí bảo trì và chi phí vận hành thấp.

2. Máy khắc laser fiber được tạo ra khi nào?

Giáo sư Elias Snitzer đã phát minh ra tia laser fiber vào năm 1961 và được trình diễn lần đầu trước công chúng vào năm 1963. Tuy nhiên, các nhu cầu thực sự và có tính thương mại bắt đầu vào những năm 1990. 

Tại sao lại phả mất nhiều thời gian như vậy thì laser fiber mới được ưa chuộng và ứng dụng rộng rãi? Lí do là thời gian đầu công nghệ laser fiber vẫn còn trong giai đoạn sơ khai. Ví dụ máy khắc laser ber thời kì đầu chỉ có thể phát ra vài chục Miliwatt trong khi hầu hết các nhu cầu khắc thường yêu cầu ít nhất 20W. Bên cạnh đó thời gian này cũng không nguồn bơm nào tạo ra được chùm tia laser chất lượng.

Dưới đây là một số thời điểm quan trọng trong lịch sử của công nghệ máy khắc laser ber sợi quang, bắt đầu từ năm 1917 khi Albert Einstein thiết lập nền tảng của nó.

- 1917 - Phát xạ kích thích được phát hiện (Albert Einstein).

- 1957 - Khung lý thuyết cho laser được phát triển (Gordon Gould).

- 1960 - Tia laser đầu tiên - tia laser hồng ngọc - được chế tạo (Ted Maiman).

- 1960 - Thuật ngữ "sợi quang học" hay "fiber" được đưa ra (Narinder Kapany).

- 1961 - Chế độ quang học trong sợi thủy tinh được phát minh (Elias Snitzer).

- 1962 - Chuyển mạch Q, một kỹ thuật tạo ra chùm tia laze xung, được trình diễn (Robert W. Hellwarth và R.J. McClung).

- 1963 - Laser sợi quang đầu tiên được trình diễn (Elias Snitzer).

- 1964 - Một phương pháp được phát hiện để loại bỏ tạp chất khỏi sợi thủy tinh, và do đó hạn chế sự mất ánh sáng (Charles Kao và George Hockham).

- 1988 - Laser sợi quang hai lớp đầu tiên được trình diễn (Elias Snitzer).

- 1990 - Rào cản watt bị phá vỡ bằng laser sợi quang pha tạp erbium 4W.

- 2004 - Bộ khuếch đại và chế độ laser sợi silica đơn được phát minh (David N. Payne).

Ngày nay công nghệ máy khắc laser fiber vẫn luôn không ngừng được cải tiến giúp hoạt động hiệu quả hơn, mạnh mẽ hơn  và dễ tiếp cận hơn. Hiện nay còn có thêm một vài ứng dụng sắp được ra mắt bao gồm làm sạch bề mặt kim loại bằng laser và tạo kết cấu bằng laser được dùng để thay thế cho các công nghệ làm sạch bằng hóa chất gây ô nhiễm môi trường.

3. Máy khắc laser fiber có những loại nào?

Nói chung, máy khắc laser ber sợi quang có thể được phân loại theo các tiêu chí sau:

- Nguồn laser: Máy khắc laser kim loại thay đổi tùy theo vật liệu mà nguồn laser được trộn với nhau. Một số ví dụ bao gồm laser sợi quang pha tạp ytterbium, laser sợi quang pha tạp thulium và laser sợi quang pha tạp erbi. Tất cả các loại laser này được sử dụng cho các ứng dụng và mục đích khác nhau vì chúng tạo ra các bước sóng khác nhau.

- Chế độ hoạt động: Các loại máy laser ber khác nhau cũng tạo ra chùm laser khác nhau. Các chùm tia laser có thể được tạo xung với tốc độ lặp lại đã đặt để đạt công suất đỉnh cao (laser sợi quang xung), như trường hợp "Chuyển mạch - Q", "Chuyển mạch khuếch đại", và "chế độ khóa" laser.

Hoặc chúng có thể liên tục gửi cùng một năng lượng (Laser sợi quang sóng liên tục).

- Nguồn Laser: Công suất laser được biểu thị bằng Watt và biểu thị cho công suất trung bình của chùm tia laser. Ví dụ, nguồn laser fiber 20W, 30W, 50W,...

Có thể nói laser có công suất cao tạo ra nhiều năng lượng nhanh hơn so với laser công suất thấp.

- Mode: Chế độ đề cập đến kích thước của lõi (nơi ánh sáng truyền qua) trong sợi quang. Có hai loại chế độ: Laser ber chế độ đơn và ber laser đa chế độ. Đường kính lõi của chế độ laser đơn nhỏ hơn, thường từ 8 đến 9 micromet, rộng hơn đối với laser đa chế độ, thường là từ 50 đến 100 micromet. Theo nguyên tắc chung, chế độ laser đơn truyền tải ánh sáng laser hiệu quả hơn và có chất lượng chùm tia tốt hơn.

4. Điểm khác biệt giữa máy khắc laser fiber và laser CO2 là gì?

Điểu khác biệt chính giữa máy khắc laser fiber và laser CO2 đó là nguồn nơi chùm laser được tạo ra. Ở dòng máy khắc laser ber, nguồn laser là thủy tinh silica trộn với một nguyên tố đất hiếm. Còn ở máy khắc laser CO2, nguồn laser được hòa trộn giữa các khí bao gồm khí CO2.

Do trạng thái nguồn của chúng, máy khắc laser ber sợi quang được coi là laser trạng thái rắn và laser CO2 được coi là laser trạng thái khí.

Những nguồn laser này tạo ra nhiều bước sóng khác nhau. Đối với máy khắc laser fiber, ví dụ, tạo ra bước sóng ngắn thường nằm trong khoảng từ 780 nm đến 2200 nm. Đối với máy khắc laser CO2 thì ngược lại, tạo ra bước sóng dài điển hình trong phạm vi 9.600 nm và 10.600 nm.

Mỗi máy được sử dụng cho các mục đích khác nhau vì tính chất bước sóng khác nhau. Ví dụ máy khắc laser ber 1064 nm luôn được sử dụng trong các nhu cầu khắc trên kim loại. Cắt laser là một ngoại lệ đáng chú ý, trong đó laser CO2 thường được ưu tiên để cắt kim loại. Đặc biệt Laser CO2 cũng phản ứng tốt với các vật liệu hữu cơ.

5. Máy khắc laser fiber là gì?

Khi một hệ thống laser sợi quang được thiết kế thành một giải pháp sẵn sàng sử dụng, giải pháp đó được gọi là máy laser sợi quang. Trong khi hệ thống laser OEM là công cụ thực hiện hoạt động, thì máy laser là nền tảng trong đó công cụ được tích hợp. 

- Làm việc với độ an toàn cao, ít tạo ra khói.

- Các thành phần cơ khí được bao gồm để tự động hóa các hoạt động hoặc tạo điều kiện thuận lợi cho công việc của người vận hành.

- Quá trình thực hiện của laser dựa trên thiết lập tinh chỉnh cho một hoạt động cụ thể.

6. Máy khắc laser fber sợi quang có tuổi thọ bao lâu?

Hầu hết các nguồn sản xuất các máy khắc laser ber có thể hoạt động kéo dài đến 100.000 giờ trong khi đó dòng máy laser khắc CO2 chỉ kéo dài 30.000 giờ khi được sử dụng và bảo dưỡng tốt.

Nếu bạn thực sự muốn biết tuổi thọ chính xác của máy khắc laser fiber sợi quang, Quý khách hàng sẽ thất vọng vì không có câu trả lời thực sự. Trên thực tế, máy khắc laser sợi quang có những điểm quan trọng trong thời gian tồn tại của chúng khi chúng có thể bị lỗi.

Dưới đây là những điều Quý khách hàng cần biết nếu trải nghiệm tia laser của Quý khách gặp lỗi tại bất kỳ thời điểm nào sau đây:

- Lỗi do sản xuất khi mới sử dụng giai đoạn đầu: Nếu một máy khắc laser ber sợi quang có lỗi do chế tạo, do sản xuất thì máy có thể sẽ sớm bị hỏng. Do đó chúng ta hạn chế mua máy laser cũ nếu không hiểu biết và có nhiều kinh nghiệp, nên mua máy mới có thời gian bảo hành tối thiểu 1 năm, tốt nhất là 2 năm.

- Hoạt động bình thường: Khi Quý khách hàng sử dụng máy đã vượt qua giai đoạn quan trọng đầu tiên. Quý khách có thể chuẩn bị phòng cho những trường hợp hỏng hóc bình thường theo nhiều cách khác nhau: chuẩn bị sẵn một nguồn laser dự phòng, với cơ sở lớn có thể đầu tư 2 máy để luôn có 1 máy dự phòng khi máy còn lại gặp sự cố hoặc mượn máy từ nhà cung cấp để sử dụng trong thời gian chờ sửa chữa, khắc phục.

- Kết thúc vòng đời máy: Khi máy khắc laser ber sợi quang gần hết tuổi thọ, khả năng lỗi hỏng sẽ tăng lên đáng kể. 

Máy khắc laser ber sợi quang sử dụng ánh sáng được "bơm" từ nguồn điốt laser. Các điốt này phát ra ánh sáng được "bơm" vào sợi cáp quang. Các thành phần quang học nằm trong cáp sau đó được sử dụng để tạo ra một bước sóng cụ thể và khuếch đại nó. Cuối cùng, chùm tia laser được định hình và tạo ra.

Các thông số của laser là gì?

Không phải tất cả các tia laser và ứng dụng laser đều sử dụng các thông số giống nhau. Ví dụ, những cái khác nhau cần được điều chỉnh để cắt laser và khắc laser. Tuy nhiên, một số thông số được sử dụng cho tất cả các loại laser sợi quang. Dưới đây là những cái bạn có khả năng gặp phải nhất.

- Bước sóng:

Bước sóng do laser sợi quang tạo ra tương ứng với mức bức xạ điện từ của ánh sáng laser. Thông thường, laser sợi quang tạo ra bước sóng từ 780 nm đến 2200 nm, nằm trong quang phổ hồng ngoại và mắt người không nhìn thấy được. Dải ánh sáng hồng ngoại này có xu hướng phản ứng tốt với kim loại, cao su và nhựa, giúp nó hữu ích cho nhiều ứng dụng xử lý vật liệu.

Một số laser sợi quang như laser xanh lá cây tạo ra ánh sáng khả kiến   có thể phản ứng tốt với các vật liệu mềm như vàng, đồng, silicone và thủy tinh mềm. Laser sợi xanh cũng được sử dụng để chụp ảnh ba chiều, trị liệu và phẫu thuật, trong số những thứ khác. Những tia laser này yêu cầu các thành phần bổ sung để tạo ra ánh sáng khả kiến.

- Chế độ hoạt động

Phương thức hoạt động là cách thức phát ra tia laze. Laser sợi quang thường hoạt động theo sóng liên tục hoặc ở chế độ xung.

Trong chế độ hoạt động sóng liên tục, chùm tia laser liên tục, không bị gián đoạn được phát ra, rất lý tưởng cho các ứng dụng như hàn laser và cắt laser.

Trong chế độ hoạt động xung, các xung ngắn được giải phóng với tốc độ lặp lại đã đặt. Các chùm tia laser xung đạt công suất đỉnh cao hơn và lý tưởng cho việc khắc laser và làm sạch bằng laser. Chế độ này bao gồm các thông số sau:

- Năng lượng xung: Năng lượng xung là số mili-lít chứa trong mỗi xung. Thông thường, mỗi xung chứa 1 mJ năng lượng.

- Khoảng thời gian xung: Khoảng thời gian xung, còn được gọi là độ dài xung và độ rộng xung, là khoảng thời gian của mỗi xung. Các xung ngắn hơn tập trung cùng một năng lượng trong một thời gian ngắn hơn, và do đó đạt được công suất đỉnh cao hơn. Thời lượng xung có thể được biểu thị bằng micro giây, nano giây, pico giây hoặc femto giây.

Tần số xung laser: Hay còn gọi là tốc độ lặp lại xung là số lượng xung phát ra trong một giây. Nó còn được gọi là tần số xung, được biểu thị bằng kHz. 100 kHz tương đương với 100.000 xung mỗi giây.

Công suất laser là lượng năng lượng mà laser có thể tạo ra trong một giây. Nó còn được gọi là “công suất trung bình” và “công suất đầu ra”.

Laser xung cũng có thể chỉ ra công suất đỉnh, là một tham số khác. Công suất cực đại là mức năng lượng tối đa mà một xung duy nhất đạt được. Ví dụ, một tia laser sợi quang xung 100W có thể dễ dàng đạt đến công suất cực đại 10.000W. Điều này là do laser xung không phân phối năng lượng đồng đều theo thời gian trái ngược với laser sóng liên tục.

- Chất lượng chùm tia:

Chất lượng chùm tia cho biết mức độ gần của chùm tia với cái được gọi là chùm Gauss. Trong các ứng dụng thực tế, điều này có liên quan vì nó cho biết mức độ hội tụ của chùm tia laze. 

Nói một cách toán học, chất lượng chùm tia hoàn hảo được biểu thị bằng M2 = 1. Các chùm tia laser được hội tụ tốt sẽ tập trung nhiều năng lượng hơn trong một khu vực nhỏ hơn. Chùm tia laser chất lượng cao được yêu cầu cho các ứng dụng như khắc laser và làm sạch bằng laser, trong khi chất lượng chùm tia thấp hơn có thể thích hợp hơn cho các ứng dụng không mong muốn cắt bỏ, chẳng hạn như hàn laser. 

Trên đây là một số thông tin tổng hợp về máy khắc laser ber kèm những điều Quý khách cần biết để hiểu thêm về máy khắc laser ber của mình.

Hi vọng Quý khách hàng có thể thông qua bài viết này có thể lựa chọn máy phù hợp theo nhu cầu của mình cũng như biết cách bảo dưỡng, bảo trì máy để dùng được lâu dài hơn. 

Viết bình luận của bạn: