Nguồn laser ứng dụng trong công nghiệp gia công kim loại
Laser mở ra một kỷ nguyên đầy mới mẻ cho không chỉ cho nghành chế tác mà còn nhiều nghành nghề khác.
Soi rãnh kim loại bằng laser hay cắt kim loại bằng laser đã không còn là khái niệm quá xa lạ đối với con người trong lĩnh vực gia công xử lý vật liệu. Laser mở ra một kỷ nguyên đầy mới mẻ cho không chỉ cho nghành chế tác mà còn nhiều nghành nghề khác. Cùng tìm hiểu các nguồn laser ứng dụng trong công nghiệp gia công kim loại để hiểu thêm về loại công cụ đặc biệt này.
Laser CO2
Tia laser CO2 được tạo thành bằng cách khai thác phản ứng của hỗn hợp khí trong ống chứa kín, các khí này chính là môi trường laser. Độ dài sóng của các loại laser này có thể tác dụng lên các vật liệu như gỗ, giấy, kim loại, vải, đá, ceramic… ứng dụng phổ biến trên nhiều lĩnh vực, chủ yếu là dùng để cắt khắc laser trên kim loại và phi kim.
Nd:YAG và Nd:YVO4 LASER
Nguồn bơm năng lượng (pump system) dùng cho Nd:YAG và Nd:YVO4: có 2 loại là dùng óng đèn (lamp-pumped) và dùng Đi-ốt (diode-pumped).
Nd:YAG (neodymium-doped yttrium aluminium garnet; Nd:Y3Al5O12) đây là một loại laser thể rắn (solid-state), bao gồm 3 nguyên tố Yttrium, Aluminium (nhôm) và hồng ngọc (Garnet) và một lượng rất nhỏ nguyên tố hiếm Neodymium.
Nd:YVO4 (neodymium-doped yttrium orthovanadate) cũng là một loại laser thể rắn, cấu tạo từ hợp chất yttrium orthovanadate và một lượng rất ít nguyên tố hiếm Neodymium.
Các môi trường laser này thường ở dạng thanh tròn (gọi là crystal hoặc rod). Nguồn kích và môi trường laser được đặt trong buồng kín giữa 2 gương (gương sau là gương phản xạ toàn phần, gương trước là gương phản xạ bán phần)
Laser rắn
Nd:YAG vs. Nd:YVO4
Cả 2 loại đều phát ra tia laser ở bước sóng 1064nm (1.064µm).
Thanh Nd:YAG bị giãn nở vì nhiệt nhiều hơn so với Nd:YVO4. Điều này ảnh hưởng đến hiệu suất chuyển đổi năng lượng của hệ thống. Do đó Nd:YVO4 có hiệu suất cao hơn, tỏa ít nhiệt hơn.
Nd:YVO4 và Nd:YAG tương đối giống nhau nếu dùng trong chế độ Continous-wave (năng lượng ra liên tục). YVO4 tốt hơn YAG ở chế độMode-locked. Ở chế độ Q-switched, YVO4 có năng lượng xung thấp hơn YAG.
Loại YVO4 phù hợp cho các ứng dụng cần tần số xung cao. Còn YAG phù hợp cho các ứng dụng cần năng lượng xung cao nhưng tần số thấp.
FIBER LASER
Fiber lasers sử dụng một cáp quang đặc biệt được phủ một lớp ion hiếm của vỏ trái đất để làm môi trường laser bên trong lõi fiber cable. Fiber lasers là laser điển hình được kích hoạt bằng năng lượng của diode lasers. Người ta sử dụng Fiber Bragg Gratings (Distributed Bragg Reflectors) có thể được tích hợp vào trong fiber hoạt động như là các gương phản xạ. Công nghệ này có ưu điểm hơn cả công nghệ Đi-ốt nhờ có chất lượng tia tốt hơn, ổn định hơn và tỏa rất ít nhiệt. Do đó không cần chiller mà chỉ cần tản nhiệt khí đơn giản.
Máy fiber laser có kích thước nhỏ gọn, thậm chỉ có một số model có thể xách tay. Năng lượng điện tiêu thụ của máy cũng rất thấp. Máy hầu như không cần bảo trì vì gần như không có linh kiện nào bị hao mòn. Nguồn fiber laser có tuổi thọ rất cao từ hàng chục đến hàng trăm ngàn giờ, đây là những ưu điểm mà ít có máy nào có được.
Fibers có thể dài vài mét hoặc thậm chí vài kilomet, đây là nguồn cung cấp năng lượng tuyệt vời ở các máy cần hoạt động với công suất cao. Cuộn fiber cho khả năng thiết kế khoẻ, chắc chắn, ít cần bảo dưỡng với chất lượng tia cao và spot size nhỏ.
Các nguồn laser ứng dụng trong công nghiệp gia công kim loại rất đa dạng, mỗi loại có ưu và nhược điểm khác nhau, tuy nhiên có thể khẳng định rằng công nghệ laser đã và đang là một phát minh vượt bậc ảnh hưởng đến sự phát triển của nhân loại. Cắt kim loại bằng laser mở ra bước phát triển mạnh mẽ cho nghành gia công vật liệu trên thế giới.
