ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế, chế tạo máy khắc laser CNC mini ĐH Bách Khoa Hà Nội
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
Tóm tắt nội dung đồ án
Nội dung đồ án: Thiết kế, chế tạo máy khắc laser CNC mini ĐH Bách Khoa Hà Nội
Vấn đề cần thực hiện:
- Nghiên cứu lịch sử, quá trình phát triển, ứng dụng của máy khắc laser.
- Lựa chọn phương pháp khắc laser.
- Thiết kế mô hình máy khắc laser CNC mini.
- Chế tạo mô hình.
- Ứng dụng phần mềm điều khiển để tạo ra sản phẩm thực tế.
Sau quá trình nghiên cứu, tìm hiểu và chế tạo, nhóm sinh viên thực hiện đã tạo ra được mô hình máy thực tế và cơ bản đáp ứng được yêu cầu đặt ra. Tuy nhiên do điều kiện còn hạn chế về tài chính cũng như kinh nghiệm chế tạo nên máy còn hoạt động chậm, chưa ổn định. Hướng phát triển cho tương lai là giúp máy hoạt động nhanh, chính xác và ổn định, tạo ra sản phẩm đẹp.
Qua quá trình làm đồ án, nhóm đã nhận ra sự khác nhau giữa lý thuyết và thực tế. Để tạo ra một sản phẩm có tính ứng dụng cao cùng khả năng hoạt động tốt cần nắm rất chắc kiến thức chuyên môn cùng với kinh nghiệm làm việc thực tế. Nhờ làm đồ án, sinh viên có được thêm những kiến thức cần thiết để tự tin hơn khi ra ngoài làm việc.
Tóm tắt nội dung đồ án
Nội dung đồ án: Thiết kế, chế tạo máy khắc laser CNC mini
Vấn đề cần thực hiện:
- Nghiên cứu lịch sử, quá trình phát triển, ứng dụng của máy khắc laser.
- Lựa chọn phương pháp khắc laser.
- Thiết kế mô hình máy khắc laser CNC mini.
- Chế tạo mô hình.
- Ứng dụng phần mềm điều khiển để tạo ra sản phẩm thực tế.
Sau quá trình nghiên cứu, tìm hiểu và chế tạo, nhóm sinh viên thực hiện đã tạo ra được mô hình máy thực tế và cơ bản đáp ứng được yêu cầu đặt ra. Tuy nhiên do điều kiện còn hạn chế về tài chính cũng như kinh nghiệm chế tạo nên máy còn hoạt động chậm, chưa ổn định. Hướng phát triển cho tương lai là giúp máy hoạt động nhanh, chính xác và ổn định, tạo ra sản phẩm đẹp.
Qua quá trình làm đồ án, nhóm đã nhận ra sự khác nhau giữa lý thuyết và thực tế. Để tạo ra một sản phẩm có tính ứng dụng cao cùng khả năng hoạt động tốt cần nắm rất chắc kiến thức chuyên môn cùng với kinh nghiệm làm việc thực tế. Nhờ làm đồ án, sinh viên có được thêm những kiến thức cần thiết để tự tin hơn khi ra ngoài làm việc.
|
Tên bản vẽ |
Số lượng |
|
Bản vẽ các phương pháp khắc laser |
01 |
|
Bản vẽ sơ đồ nguyên lý Bản vẽ lắp cụm trục X Bản vẽ lắp cụm trục Y Bản vẽ lắp toàn máy Bản vẽ hệ thống điều khiển Bản vẽ quy trình công nghệ gia công sản phẩm |
01 01 01 01 01 01
|
MỤC LỤC
- CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY KHẮC LASER HIỆN NAY.. 1
1.1 Đặt vấn đề. 1
1.2 Lịch sử phát triển của máy cắt khắc laser và nguồn tia laser.1
1.2.1 Lịch sử ra đời và phát triển của tia laser.1
1.2.2 Lịch sử ra đời và phát triển của máy cắt khắc laser.4
1.3 Kết cấu máy cắt khắc laser.6
1.3.1 Thân máy và đế máy.7
1.3.2 Cụm trục X và cụm trục Y.7
1.3.3 Hệ thống điều khiển.7
1.3.4 Nguồn laser.7
1.4 Hệ thống nguồn laser.8
1.4.1 Khái niệm.8
1.4.2 Cấu trúc hệ thống laser.8
1.4.3 Các chế độ hoạt động.10
1.4.4 Các loại nguồn laser.10
1.5 Các phương pháp khắc Laser.13
1.5.1 Khắc Engraving/Marking.13
1.5.2 Khắc Annealing.13
1.5.3 Khắc đổi màu vật liệu (Color change).14
1.5.4 Khắc bóc lớp bề mặt (Surface removal).14
1.6 Giới thiệu một số máy khắc laser hiện nay.15
1.7 Ưu nhược điểm của máy khắc Laser CNC so với máy thông thường.21
1.7.1 Ưu điểm của máy khắc Laser CNC so máy khắc thông thường.21
1.7.2 Nhược điểm của máy khắc Laser CNC so máy khắc thông thường.21
1.8 Kết Luận.21
- CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ MÔ HÌNH MÁY KHẮC LASER CNC.. 22
2.1 Mục tiêu thiết kế.22
2.2 Lựa chọn phương án thiết kế máy.22
2.2.1 Phương án 1(Phôi di chuyển).22
2.2.2 Phương án 2(Phôi đứng yên).23
2.2.3 Chọn phương án thiết kế máy.23
2.3 Cơ sở tính toán thiết kế máy khắc laser CNC mini.24
2.3.1 Sơ đồ kết cấu động học.24
2.3.2 Tính toán, thiết kế cơ cấu truyền động cụm trục X.25
2.3.3 Tính toán, thiết kế cơ cấu truyền động cụm trục Y.42
2.3.4 Tính toán, thiết kế cụm bắt đầu khắc laser.49
2.3.5 Bản vẽ lắp toàn máy.52
- CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH MÁY KHẮC LASER CNC MINI. 54
3.1 Nhiệm vụ bộ điều khiển.54
3.2 Nguyên lý làm việc của máy.54
3.3 Lựa chọn thiết bị.54
3.3.1 Modul điều khiển động cơ bước A4988.54
3.3.2 Bo mạch Arduino uno R3.56
3.3.3 CNC shield V3.59
3.3.4 Đầu khắc laser đã tích hợp modul điều khiển.61
3.4 Sơ đồ bộ điều khiển.62
- CHƯƠNG IV: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH MÁY KHẮC LASER.. 66
4.1 Giới thiệu phần mềm.66
4.1.1 Phần mềm điều khiển máy Laser Gbrl.66
4.1.2 Giới thiệu phần mềm INKSCAPE.71
PHỤ LỤC.. 77
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Chương I: Tổng quan về máy khắc laser hiện nay.
Hình 1.1 Phương thức tạo ra tia laser năm 1960.2
Hình 1.3 Máy khắc laser CO2 năm 1967. 4
Hình 1.4 Máy khắc laser năm 1970.5
Hình 1.5 Máy khắc laser năm 1970. 5
Hình 1.6 Máy khắc laser hiện nay.6
Hình 1.7 Kết cấu cơ bản của máy khắc laser.6
Hình 1.8 Cấu trúc của hệ thống laser.8
Hình 1.9 Cấu tạo cơ bản của laser.9
Hình 1.10 Máy laser sử dụng nguồn tinh thể.11
Hình 1.11 Máy khắc laser sử dụng nguồn dạng chất lỏng.11
Hình 1.12 Máy khắc laser sử dụng nguồn dạng khí.12
Hình 1.13 Máy khắc laser sử dụng nguồn bán dẫn.12
Hình 1.14 Phương pháp khắc Engraving.13
Hình 1.15 Phương pháp khắc Annealing.13
Hình 1.16 Phương pháp khắc đổi màu vật liệu.14
Hình 1.17 Phương pháp khắc bóc lớp bề mặt.14
Hình 1.18 Máy khắc laser Engraving. 15
Hình 1.19 Sản phẩm của máy khắc laser Engraving. 16
Hình 1.20 Máy khắc laser logo CNC.. 16
Hình 1.21 Sản phẩm máy khắc laser logo CNC.. 17
Hình 1.22 Máy khắc laser nguồn CO2.18
Hình 1.23 Sản phẩm của máy khắc laser nguồn CO2.18
Hình 1.24 Máy khắc laser nguồn Friber.19
Hình 1.25 Sản phẩm của máy khắc laser Fiber19
Hình 1.26 Máy khắc laser nguồn tinh thể. 20
Hình 1.27 Sản phẩm của máy khắc laser nguồn tinh thể.20
Chương II. Tính toán thiết kế mô hình máy khắc laser CNC mini.
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý phương án 1.22
Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý phương án 2.23
Hình 2.3 Sơ đồ kết cấu động học.24
Hình 2.4 Kiểu lắp vít me hai đầu lắp chặt.25
Hình 2.5 Kiểu lắp vít me một đầu lắp chặt, một đầu tự do.25
Hình 2.6 Kiểu lắp vít me một đầu lắp chặt ,một đầu tùy chỉnh.25
Hình 2.7 Bảng thông số vít me hãng TBI.29
Hình 2.8 Ổ lăn.30
Hình 2.9 Dẫn hướng dạng trụ tròn.31
Hình 2.10Chi tiết sống dẫn ma sát lăn hình trụ.32
Hình 2.11 Hình chiếu chi tiết sống dẫn ma sát lăn hình trụ.32
Hình 2.12 Động cơ bước.33
Hình 2.13 Động cơ servo DC.34
Hình 2.14 Động cơ 1 chiều.34
Hình 2.15 Bản vẽ động cơ bước NEMA 17.36
Hình 2.16 Thiết kế 3D cụm trục X.36
Hình 2.17 Bản vẽ chi tiết gối đỡ thanh dẫn hướng.37
Hình 2.18 Bản vẽ chi tiết con trượt.38
Hình 2.19 Bản vẽ chi tiết gối đỡ trục vít me.38
Hình 2.20 Bảng vẽ chi tiết trục vít và me đai ốc bi.39
Hình 2.21 Bản vẽ chi tiết áo gá nhôm.39
Hình 2.22 Bản vẽ chi tiết tấm gá động cơ.40
Hình 2.23 Bản vẽ chế tạo chi tiết tấm đế.40
Hình 2.24 Bản vẽ lắp khung trục X.. 41
Hình 2.25 Bản vẽ lắp cụm trục X.42
Hình 2.26 Thiết kế 3D cụm trục Y.44
Hình 2.27 Bản vẽ lắp cụm bàn máy. 45
Hình 2.28 Bản vẽ chi tiết gối đỡ thanh hướng hướng trục Y.46
Hình 2.29 Bản vẽ chi tiết con trượt trục Y.46
Hình 2.30 Bản vẽ chi tiết gối đỡ trục vít me.47
Hình 2. 31Bản vẽ chi tiết trục vít me và đai ốc bi47
Hình 2.32 Bản vẽ chi tiết áo gá nhôm.48
Hình 2.33 Bản vẽ chi tiết tấm gá động cơ.48
Hình 2.34 Bản vẽ lắp cụm trục Y lắp với bàn máy.49
Hình 2.35 Bản vẽ chi tiết đầu khắc laser.50
Hình 2.36 Bản vẽ chế tạo chi tiết tấm bắt đầu laser.51
Hình 2.37 Hình vẽ thiết kế 3D cụm bắt đầu laser.52
Hình 2.38 Bản vẽ lắp cụm bắt đầu laser.52
Hình 2.39 Bản vẽ lắp toàn máy.53
Chương III: Thiết kế hệ thống điều khiển mô hình máy khắc laser CNC mini.
Hình 3.1 Mạch A4988. 55
Hình 3.2 Sơ đồ chân và kết nối mạch A4988.55
Hình 3.3 Sơ đồ chân và kết nối mạch A4988.55
Hình 3.4 Các chế độ điều khiển.56
Hình 3.5 Arduino uno R3. 57
Hình 3.6 CNC Shield.60
Hình 3.7 Sơ đồ chân.61
Hình 3.8 Đầu khắc laser.61
Hình 3.9 Thông số kỹ thuật đầu khắc laser.62
Hình 3.10 Bảng điều khiển của nguồn laser.62
Hình 3.11 Sơ đồ kết nối mạch laser v4 và A4988. 63
Hình 3.12 Sơ đồ kết nối tổng.64
Hình 3.13 Bản vẽ hệ thống điều khiển toàn máy.65
Chương IV: Lập trình điều khiển hệ thống máy khắc laser.
Hình 4.1 Giao diện phần mềm LaserGRBL.67
Hình 4.2 Hướng dẫn Import Image. 67
Hình 4.3 Giao diện cửa sổ Import Image.68
Hình 4.4 Chế độ xem trước đường nét công.69
Hình 4.5 Hướng dẫn cài đặt trong cửa sổ Target Image.70
Hình 4.6 Kiểm tra khoảng cài đặt phôi trước khi gia công.71
Hình 4.7 Giao diện phần mềm Inkscape. 72
Hình 4.8 Quá trình gia công một sản phẩm.74
Hình 4.9 Một số sản phẩm của máy.74
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Chế độ làm việc của máy đối với trục X.27
Bảng 2.2 Bảng thông số gối đỡ và thanh dẫn hướng trục X.38
Bảng 2.3 Bảng thông số con trượt thanh dẫn hướng trục X.38
Bảng 2.4 Bảng thông số gối đỡ trục vít me BF(Trục X).38
Bảng 2.5 Bảng thông số trục vít me đai ốc bi trục X.39
Bảng 2.6 Bảng thông số chi tiết áo gá nhôm trục X.39
Bảng 2.7 Chế độ làm việc của máy đối với trục Y.43
Bảng 2.8 Bảng thông số gối đỡ và thanh dẫn hướng trục Y.46
Bảng 2.9 Bảng thông số con trượt thanh dẫn hướng trục Y.46
Bảng 2.10 Bảng thông số gối đỡ trục vít me BF(Trục Y).47
Bảng 2.11 Bảng thông số trục vít me đai ốc bi trục Y.47
Bảng 2.12 Bảng thông số chi tiết áo gá nhôm trục Y.48
1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY KHẮC LASER HIỆN NAY
1.1 Đặt vấn đề
Yêu cầu xã hội
Ngành công nghiệp trang trí, điêu khắc tạo ra các hoa văn trên những vật liệu khác nhau như da, vải, gỗ...đã được hình thành từ rất lâu và phát triển bởi những bàn tay cần cù điêu luyện của các nghệ nhân. Nhưng với sự phát triển của xã hội, những tiến bộ trong công nghệ cũng như sự đa dạng ngày càng tăng của vật liệu, tay chạm khắc không thể đạt được nhu cầu phát triển của xã hội.
Nhu cầu từ nghành công nghiệp đòi hỏi vật liệu phải nhẹ hơn, cứng cáp hơn, mỏng hơn, linh hoạt hơn… cũng như tính phức tạp và chính xác của các chi tiết ngày một tăng khi đó sử dụng phương pháp thủ công hay các máy gia công truyền thống không thể gia công đạt yêu cầu mặt khác lại gây ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm.Từ nhu cầu thiết yếu các kĩ sư đã thiết kế và chế tạo máy khắc laser có độ chính xác cao hơn, khắc các vật liệu khác nhau, giảm thời gian tạo ra sản phẩm.
Tại Việt Nam các máy khắc laser công nghiệp cũng đã có mặt trên thị trường trong nhiều năm và phần lớn được nhập khẩu từ nước ngoài.Đa phần các máy laser tại Việt Nam được các công ty sản xuất hàng loạt với công nghệ tiên tiến nhưng bù lại lại có chi phí cao, không linh hoạt trong cuộc sống và được phục vụ vào mục đích sản xuất hàng loạt.
Nhằm mục đích chế tạo một máy khắc laser cnc mini sản xuất đơn chiếc, chi phí thấp cũng như giúp em tìm tòi nghiên cứu để từ đó am hiểu và dần dần làm chủ kiến thức trong lĩnh vực này nên nhóm em đã quyết định chọn đề tài nghiên cứu chế tạo máy khắc laser cnc mini.
1.2 Lịch sử phát triển của máy cắt khắc laser và nguồn tia laser.
1.2.1 Lịch sử ra đời và phát triển của tia laser.
Tia laser được biết đến lần đầu tiên bằng một thí nghiệm tình cờ của nhà vật lý Theodore Maiman, thông qua phương thức chiếu đèn flash công suất cao trên một thỏi ruby với các bề mặt tráng bạc trong căn phòng thí nghiệm Hughes Laboratory tại Malibu, California những năm 1960. Nhờ phát hiện này, các nhà khoa học dần nghiên cứu chuyên sâu thêm, phát hiện ra sẽ có nhiều lợi ích to lớn nếu biết cách tận dụng nguồn tia laser này. Tiêu biểu là cuộc nghiên cứu phát triển laser bán dẫn đầu tiên của Roberrt N. Hall năm 1962. Thiết bị của Hall xây dựng trên hệ thống vật liệu gali-asen và tạo tia có bước sóng 850nm, gần vùng quang phổ tia hồng ngoại. Hay năm 1970, Zhores Ivanovich Alferov của Liên Xô cùng Hayashi và Panish của phòng thí nghiệm Bell đã độc lập phát triển thành công điốt laser hoạt động được liên tục trong nhiệt độ phòng. Cho đến bây giờ, theo thời gian, tia laser đã trở thành công cụ tuyệt vời khó có thể thiếu trong đời sống. trong các ngành sản xuất cơ khí, nghệ thuật, cho đến y học…
Hình 1.1 Phương thức tạo ra tia laser năm 1960.
Năm 1960: Khi đang làm việc tại trung tâm nghiên cứu Hughes ở Malibu, California; Theodor Maiman đã tạo ra tia laser đầu tiên có màu hồng ngọc.
Năm 1961: Peter Franken, giảng viên 50 năm tại trường đại học Stanford đã khám phá ra rằng ánh sáng không truyền thẳng khi ông chiếu laser hồng ngọc vào miếng thạch anh và nó đã tạo ra tia cực tím.
Năm 1962: Các bác sĩ tại Columbia, thuộc trung tâm y tế Presbyterian đã sử dụng laser hồng ngọc để diệt khối u võng mạc, đây là ứng dụng đầu tiên của laser trong y học. Nick Holonyak chế tạo ra loại laser bán dẫn, đây là nền móng cho sự phát triển của đèn LED sau này.
Năm 1963: Kumar Patel đã nghiên cứu ra loại laser CO2 tại phòng thí nghiệm Bell, loại laser này được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp. Cũng trong năm 1963, các bác sĩ Milton Flocks, Christian Zweng đã cộng tác với Narinder Kapany để dùng laser hồng ngọc cho việc điều trị bệnh lý võng mạc đái tháo đường.
Năm 1964: Tiến sĩ Richard Smith, thành viên của phòng thí nghiệm Bell đã tạo ra laser VAG, đây là loại laser ứng dụng trong phẫu thuật thẩm mỹ vừa dùng để điều trị ung thư da. Đây là nền móng cho đền LED. Richard Johnson lần đầu tiên áp dụng laser vào việc xác định mục tiêu cho máy bay đánh bom.
Năm 1965: Giáo sư – kỹ sư Anthony Siegman của trường Stanford đã đưa ra khái niệm về sự công hưởng quang học không ổn định của laser, đây là một đóng góp rất quan trọng trong lĩnh vực điện lượng tử. Các nhà khoa học Matt Lehman, Joseph Goodman, David Jackson chiếu phim với kỹ thuật toàn ảnh tại Stanford.
Năm 1967: Tiến sĩ Stephen Harris và tiến sĩ Robert Byer đã chứng minh rằng chùm laser có thể điều chỉnh và họ có thể kiểm soát được các bước sóng của laser, đây là bước tiến rất quan trọng cho việc nghiên cứu về quang phổ.
Năm 1969: Lần đầu tiên cho ra mắt buổi trình diễn laser bởi Lowell Cross và Carson Jeffries, buổi trình chiếu diễn ra ở trường Mills tại Oakland. Họ cũng thiết kế buổi trình diễn kết hợp laser và ánh sáng tại hội chợ triễn lãm ở Nhật Bản. Donald Spencer đã dẫn đầu một nhóm chuyên nghiên cứu bước sóng hóa học của laser tại tập đoàn Aerospace ở El Segundo, California.
Năm 1970: Theodor Hansch và Arthur Schawlow đã ứng dụng laser trong việc chế biến thực phẩm.
Năm 1971: Gary Starkweather đã áp dụng laser cho máy in tại Xerox PARC.
Năm 1972: Hewlett và Packard cho ra mắt loại máy tính bỏ túi đầu tiên trên thế giới HP-35 với màn hình LED 15-digit.
Năm 1974: Máy đọc mã vạch đầu tiên được phát triển bởi Alfred Hildebrand có thể đọc được mã vạch của mười gói kẹo cao su Wrigley tại siêu thị ở Troy, Ohio.
Năm 1976: Một nhóm chuyên về công nghệ diode phát quang của trường Stanford được dẫn dắt bởi John Madey đã cho ra mắt loại laser điện tử tự do đầu tiên, đây là chùm điện tử giúp đẩy nhanh tốc độ ánh sáng. Đây là một công cụ hộ trợ làm tăng độ chính xác cho những ca phẫu thuật.
Năm 1977: Mạng cáp quang đầu tiên cho dịch vụ điện thoại đã được nối từ Long Beach đến Artesia, California.
Năm 1980: Quân đội Mỹ bắt đầu sử dụng “hệ thống tích hợp laser” cho việc luyện tập bắn súng của lính Mỹ.
Năm 1982: Chiếc đĩa nhạc CD đầu tiên được phát hành năm bởi Billy Joel với album 52nd street
Năm 1986: Robert S. Reis và Robert E. Stoddard đã trình diễn laser xoay (dựa trên đồ án bảo vệ tốt nghiệp của Reis) tại buổi trình chiếu điện tử dành cho người tiêu dùng.
Năm 1988: Lắp đặt tuyến cáp quang xuyên đại dương đầu tiên, có khả năng xử lý 40.000 cuộc gọi quốc tế cùng một lúc.
Năm 1992: Tiến sĩ Olav Solgaard đã phát minh ra ánh sáng mảng rộng được kết hợp bởi những chùm sáng nhỏ được di chuyển trên băng di động, các chùm sáng laser này di chuyển sẽ phối trộn với nhau để tạo nên màn chiếu có độ phân giải cao.
Năm 1997: Giáo sư của trường đại học Stanford Steven Chu đã giành được giải Nobel vật lý vì đã nghiên cứu ra phương pháp làm lạnh bằng laser.
Năm 1998: Cuộc phẫu thuật giác mạc đầu tiên bằng laser(LASIK) được thực hiện bởi FDA.
Năm 2005: Theodor Hansch đã giành được giải Nobel nhờ nghiên cứu ra phương pháp tính toán quang phổ một cách chính xác dựa trên laser. Phương pháp này có thể đo được màu sắc và ánh sáng của phân tử và nguyên tử với độ chính xác rất cao.
Năm 2006: Tiến sĩ John Bowers ở UC-Santa Barbara đã phát minh ra laser bán dẫn chế tạo từ silicon, đây là một bước đệm rất quan trọng để phát triển các thiết bị quang học sau này.
Năm 2008: Công nghệ Blu-ray ra đời với việc ghi chép những bộ phim có độ nét cao chuẩn HD vào những chiếc đĩa DVD.
Năm 2009: Máy gia tốc tuyến tính bằng laser của trường Stanford có thể tạo ra chùm tia X-ray, ghi lại được chi tiết những chuyển động của nguyên tử.
Năm 2010: Cơ sở đánh lửa quốc gia ở Livermore, California có thể tạo ra năng lượng nhiệt hạch bằng những tia laser cực mạnh khoảng hơn 1 megajoule, xấp xỉ 500 lần tổng năng lượng tiêu thụ của nước Mỹ bất kỳ lúc nào.
1.2.2 Lịch sử ra đời và phát triển của máy cắt khắc laser.
Năm 1965, Trung tâm Nghiên cứu Western Electric Engineering sản xuất thành công máy cắt laser đầu tiên và được sử dụng để khoét lỗ trên kim cương. Sao đó 2 năm, người Anh bắt đầu có những thành tựu đầu tiên trong việc cắt kim loại bằng tia laser bằng cách sử dụng hỗ trợ khí oxy. Năm 1970, công nghệ này bắt đầu được đưa vào sản xuất để cắt titan cho các ứng dụng trong ngành hang không vũ trụ. Sau đó thay vì sử dụng oxy, người ta bắt đầu kết hợp thành công tia laser với sự bổ trợ của khí CO2, và từ đó máy cắt laser CO2 ra đời. Máy cắt CO2 được sử dụng để cắt phi kim, vải da,… chứ không thể nào đốt cháy được kim loại. Từ đó, với những thí nghiệm mới, với nhiều sự kết hợp, chế tạo khác nhau mà các nhà khoa học đã phát minh ra được nhiều loại máy cắt khắc laser hơn, có áp lực cao hơn, cắt nhanh gọn nhiều so với những chiếc máy laser đời cũ.
Năm 1965: Trung tâm Nghiên cứu Western Electric Engineering sản xuất thành công máy cắt laser đầu tiên.
Năm 1967: Máy cắt khắc laser bằng khí CO2 ra đời và công suất có thể vượt 1000W.
....
Chú thích:
1.Bộ nguồn Laser.
2.Dây dẫn khí.
3.Hệ thống điều khiển.
4.Cụm dẫn động
5.Đầu khắc Laser.
6.Thân máy.
7.Bàn máy.
Thông số kỹ thuật:
Phạm vi làm việc: 150*150mm
Công suất : 20/30/50 W
Loại laser: Nguồn khí CO2
Tốc độ khắc :8000mm/s
Điện áp: 220V-50hz
Hình khắc tối thiểu: 1mm*1mm
Định dạng hỗ trợ: AI,PTS,CAD
- Máy laser Fiber:
Máy Laser Fiber (sợi quang học) thuộc nhóm tia laser trạng thái rắn, máy tạo ra một chùm tia laser (hay còn gọi là hạt laser) khuyếch đại trong sợi thủy tinh đặc biệt được cung cấp năng lượng bằng một điốt bơm. Với bước sóng 1,064 micromet, laser Fiber tạo ra chùm tia với đường kính tiêu cự cực nhỏ, mật độ xử lý gấp 100 lần so với máy laser CO2 với cùng một công suất sử dụng.
Chú thích:
1.Bộ nguồn Laser.
2.Dây dẫn khí.
3.Hệ thống điều khiển.
4.Cụm dẫn động
5.Đầu khắc Laser.
6.Thân máy.
7.Bàn máy.
Thông số kỹ thuật:
Phạm vi làm việc: 140*140mm
Công suất : 20/30/50 W
Loại laser: Nguồn laser rắn
Tốc độ khắc :7000mm/s
Điện áp: 220V-50hz
Hình khắc tối thiểu:1mm*1mm
Định dạng hỗ trợ:AI,PTS,CAD
- Máy laser nguồn tinh thể Nd:YAG, Nd:YVO
Cũng như máy laser Fiber, máy laser tinh thể cũng là dạng laser trạng thái rắn, được ứng dụng để khắc đánh dấu trên vật liệu bằng cách bơm laser trực tiếp từ đi ốt, trong đó các nguồn laser phổ biến nhất phải kể đến là nguồn YAG và Nd. Do có bước sóng cùng với nguồn laser Fiber là 1.064 micromet, nên máy laser nguồn tinh thể cũng phù hợp với các ứng dụng khắc ký mã trên kim loại và nhựa.
Tuy nhiên, điểm khác nhau chính là giá thành sử dụng, cụ thể, máy laser nguồn laser tinh thể thường có chi phí cao hơn do sử dụng các bộ phận cấu thành đắt hơn nhiều chẳng hạn như các ống bơm điot. Tuy nhiên, tuổi thọ của các máy laser dạng này thường thấp hơn máy laser Fiber chỉ hoạt động tối đa đến 15.000 giờ và phải được thay thế sau thời gian đó.
Chú thích:
1.Bộ nguồn Laser.
2.Dây dẫn khí.
3.Hệ thống điều khiển.
4.Cụm dẫn động
5.Đầu khắc Laser.
6.Thân máy.
7.Bàn máy.
Thông số kỹ thuật:
Phạm vi làm việc: 500*500mm
Công suất : 20/30/50 W
Loại laser: Nguồn tinh thể
Tốc độ khắc :<8000mm/s
Điện áp: 220V-50hz
Hình khắc tối thiểu: 1mm*1mm
Định dạng hỗ trợ: AI,PTS,CAD
1.1 Ưu nhược điểm của máy khắc Laser CNC so với máy thông thường.
1.1.1 Ưu điểm của máy khắc Laser CNC so máy khắc thông thường.
+ Năng suất làm việc cao.
+ Giảm chi phí sản xuất.
+ Gia công các hình dạng phức tạp một cách dễ dàng.
+ Độ chính xác cao.
+ Không yêu cầu thợ có tay nghề cao.
+ Giảm nhân công làm việc.
+ Phù hợp sản xuất hàng loạt.
1.1.2 Nhược điểm của máy khắc Laser CNC so máy khắc thông thường.
+ Vốn đầu tư ban đầu rất lớn.
+ Chi phí bảo dưỡng cao.
+ Chỉ phù hợp với sản xuất hàng loạt.
+ Vận hành máy phức tạp hơn.
1.2 Kết Luận.
Máy laser là loại máy gia công cơ khí rất phổ biến hiện nay, sự ra đời và phát triển của nó đã thúc đẩy sự phát triển của ngành cơ khí chế tạo đóng góp to lớn vào việc tạo ra của cải cho xã hội. Sự ra đời của máy laser làm cho các sản phẩm cơ khí chế tạo có chất lượng tốt hơn, độ chính xác cao hơn và đặc biệt có thể sản xuất hàng loạt. Máy laser có nhiều chủng loại khác nhau tùy thuộc vào công suất và cơ cấu khác nhau.Tuy nhiên xét tổng thể về nguyên lý thì các máy laser đều có cấu trúc và hệ điều khiển tương tự nhau.
Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam việc nghiên cứu, chế tạo, ứng dụng vào sản xuất các máy này gặp nhiều hạn chế.Đa phần chỉ ở các doanh nghiệp chế tạo khuôn mẫu với quy mô sản xuất lớn.
Đề tài nghiên cứu chế tạo máy khắc laser cnc mini giúp chúng em tìm tòi nghiên cứu để từ đó am hiểu và dần dần làm chủ kiến thức lĩnh vực này. Giúp em tích lũy kinh nghiệm trau dồi kiến thức để định hướng công việc sau này.
Trong đồ án này chúng em tập trung chủ yếu vào việc nghiên cứu chế tạo một mô hình máy khắc laser cnc. Mục tiêc của em trong đồ án này là chế tạo được mô hình máy khắc laser hoạt động tốt và có thể gia công được gỗ, nhựa, da. Máy có thể nhận file G-code và có thể lập trình bằng tay trên phần mềm điều khiển.
