Home CNC Cơ sở của phương pháp gia công bằng chùm tia Laser

Cơ sở của phương pháp gia công bằng chùm tia Laser

190
0

Năm 1954 N. Pronhorop thuộc viện Hàn Lâm Khoa Học Liên Xô và cùng lúc đó p. Godon, H. J. Zeigiơ và c. H. Taun thuộc Trường Đại Học Colombia đã được giải thưởng Nobel về việc lần đầu tiên trên thế giới đã chế tạo thành công máy phát lượng tử -MASER mà về sau được thay thế bằng danh từ LASER (LIGH APLICATION BY STIMULATED EMUSION OF RADIOTION)- Có nghĩa là sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ cưỡng bức.

Laser là một dụng cụ phát tia sáng, có thể ra phóng xạ song song cực mạrủiề về phương diện quang học có thể hình dung nguồn sáng này như là một điểm sáng đặt trong YÔ cực, nhỏ đến mức kích thước của một điểm chấm. Điểm ánh sáng lạ thường này phóng ra năng lượng bằng những nguyên tử được kích thích trong trạng thái khá ổn định (metastabil).

Trên sơ đồ nguyên lí làm việc của laser có thể thấy một không gian quang học chứa đựng thanh laser, không gian Laser này là một dụng cụ phát tia sáng, có thể ra phóng xạ song song cực mạnh, về phương diện quang học có thể hình dung nguồn sáng này như là một điểm sáng đặt trong vô cực, nhỏ đến mức kích thước của một điểm chấmẵ Điểm ánh sáng lạ thường này phóng ra năng lượng bằng những nguyên tử được kích thích trong trạng thái khá ổn định (metastabỉly chúng là ở hai phía là hai kính phản chiếu, và giữa chúng là thanh laser, những nguyên tử của nó bị kích thích vào những trạng thái khá ổn định, những photon được phóng ra. Photon phóng ra tứ phía nhưng trong số đó nhiều photon hướng vào trục quang học của thanh laser. Trong lúc đó có những nguyên tử đang ở trạng thái bị kích thích va chạm nhau, và do đó photon tiếp tục được phóng ra, những photon này nôi tiếp những photon trước về pha cũng như về hướngế Quá trình này tiếp diễn cho đến lúc các photon chuyển động dọc theo ưục quang học và sau nhiều lần phản xạ trở lại, một phần của chúng rời bỏ đầu ra của thanh laser. Ớ đây một bộ phận đi qua kính phản chiếu bộ phận, còn bộ phận khác được phản xạ trở về thanh laser có một phản chiếu 100%, mặt ra của nó định hướng cho những tia sáng đập lên nó.

nllv

Khi tia sáng đã xuyên qua kính phản chiếu ở đầu ra, thì hình thành một tia nối tiếp nhau, đã được chuẩn trực rất mạnh. Tia laser được hình thành như vậy có thể được sử dụng như là một dụng cụ làm việc ở chế độ xung. Tia ánh sáng được điều chỉnh tiêu cự, hướng vào mặt phẳng của vật gia công, tuỳ theo khả năng hấp thụ của vật liệu mà trên lớp bề mặt sẽ có nhiệt độ cực cao. Ví dụ: chiếu vào một khối than tia laser trong chốc lát sẽ có một ngọn lửa phụt lên cao và trong một mili giây nhiệt độ cục bộ có thể tăng lên đến 8000°c.

Nói tóm lại, các photon trong điều kiện nào đó, có thể kích thích các nguyên tử của vật chất và các phân tử hay nguyên tử này sẽ bức xạ ra các photon thứ cấp giông y như vậy. Các photon thứ cấp này cùng pha với các photon ban đầu. Như vậy trong vật chất có thể xuất hiện quá trình nhận photon và bức xạ ra sóng điện từ với bước sóng nhất định. Đó là nguyên lí chung của các loại laser.

Các loại tia laser tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật, có thể ở trong các môi trường hoạt tính khác nhau : môi ưường khí, môi trường rắn, môi trường lỏng, môi trường bán dẫn.

+ Môi trường khí : Loại Laser khí được phổ biến khá rộng rãi, sự kích thích phóng điện và điều khiển nó tương đối đơn giản. Có 3 loại laser khí : loại nguyên tử trung hoà, loại ion hoá và loại phân tử. Hiện nay được dùng phổ biến nhất là laser CƠ2. Laser khí CO2 có thể dùng ở dạng tinh khiết và nếu thêm vào các khí N2 hoặc H2 theo tỉ lệ nào đó thì sẽ hạn chế được tổn thất do năng lượng bức xạ nhiệt và do đó hiệu suất của laser khí C02 cũng có thể được tăng thêm.

+ Môi trường rắn : trong các tia laser rắn môi trường hoạt tính là chất rắn thường là hồng ngọc nhân tạo (Meiman chế tạo ra năm 1960). Ngoài hồng ngọc ra người ta còn sử dụng một số loại khác như : hợp chất thuỷ tinh Nê-ô-din Nd, Cu- ropi-Eu.

+ Mỗi trường bán dẫn : Trên lý thuyết mỗi cặp electron và 2 lỗ trông gặp nhau, chúng sẽ trung hoà với nhau và phát ra ánh sáng. Do hiệu suất của mỗi laser bán dẫn chúng ta có thể biến đổi được công suất của chúng bằng phương pháp biến đổi dòng điện kích thích vì yậy được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp điện tử.

Laser dạng lỏng chưa ứng dụng được để gia công kim loại ngay cả ở trong phòng thí nghiệm. Hiện nay người ta đang tiếp tục nghiến cứu ứng dụng laser trạng thái rắn vào gia công kim loại. Phần lớn laser trạng thái rắn dùng thanh rubin nhân tạo màu hồng (thanh hồng ngọc). Theo sơ đồ khôi thiết bị laser cho thấy vị trí đặt vật liệu laser trong hệ thông thiết bị.

nllv1

Hình 5.67 : Sơ đồ khối thiết bị Laser

a)Nguồn điện cao thế và tích trữ năng lượng

b)Biến áp

c)Thanh hồng ngọc

d)Đèn chớp

e)Tia laser

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here