Contents
Nguyên lý hoạt động của máy khắc laser CO2
Máy khắc laser CO2 sẽ bao gồm máy khắc laser CO2 ống thủy tinh và máy khắc laser CO2 RF (ống kim loại). Đây là 2 dòng cùng chức năng sử dụng để khắc lên vật liệu phi kim loại. Nhưng sẽ có nhiều điểm khác nhau ( tìm hiểu thêm sự khác nhau giữa máy khắc laser CO2 ống thủy tinh và máy khắc laser CO2 ống kim loại tại đây). Nhưng 2 dòng máy này sẽ có cơ chế nguyên lý hoạt động của máy khắc laser CO2 khác nhau. Vậy nguyên lý hoạt động của máy khắc Laser CO2 như thế nào hãy cùng Laser Tân Tiến chúng tôi tìm hiểu qua bài viết này nhé.
Máy khắc Laser CO2 sử dụng kết hợp giữa công nghệ laser với khí carbon dioxide, nitơ và heli. Sự kết hợp này tạo nên sự khác biệt so với các loại laser khác như laser Fiber kim loại hay Laser UV. Nitơ cung cấp năng lượng cho các phân tử carbon dioxide, giúp laser hoạt động tốt hơn. Heli làm mát và giữ cho laser ổn định. Laser CO2 hoạt động ở bước sóng 10,6 micromet, thuộc dải hồng ngoại. Điều này cho phép laser cắt, khắc tốt nhiều vật liệu sản phẩm phi kim loại như da, gỗ, vải, mica, caosu, nhựa,…
Nitơ trong hỗn hợp khí được kích thích trước. Sau đó, nó truyền năng lượng cho các phân tử CO2. Điều này giúp tia laser hoạt động tốt hơn so với việc chỉ sử dụng CO2.
1/ Nguyên lý hoạt động của máy khắc Laser CO2 ống thủy tinh hoạt động như thế nào?
Khi bạn bật máy khắc laser CO2, dòng điện chạy qua khí. Điều này kích thích các phân tử nitơ và CO2. Các phân tử bị kích thích giữ năng lượng bằng cách rung động. Khi các phân tử này gặp photon, chúng phát ra nhiều photon hơn. Hiện tượng này được gọi là phát xạ kích thích.
Phát xạ kích thích rất quan trọng đối với laser CO2. Các phân tử CO2 bị kích thích gặp các photon và phát ra nhiều photon hơn. Điều này tạo ra một chùm ánh sáng mạnh và ổn định.
Gương bên trong máy laser phản xạ ánh sáng qua lại. Điều này làm cho chùm tia mạnh hơn. Chùm tia đi qua một gương đặc biệt. Các bước sóng chính là 9,6 và 10,6 micromet. Các bước sóng này thay đổi cách vật liệu hấp thụ năng lượng laser. Đó là lý do tại sao laser CO2 được sử dụng trong nhiều công việc.
Cơ chế hoạt động của máy khắc Laser CO2
Thành phần chính của laser CO2 là hỗn hợp khí. Hỗn hợp này bao gồm carbon dioxide, nitơ và heli. Mỗi loại khí giúp laser hoạt động theo cách riêng của nó. Bảng dưới đây cho thấy chức năng của từng loại khí:
| Khí | Chức năng |
| CO2 | Đây là môi trường phát laser chính. Nó cần ít năng lượng để đạt đến mức laser cao hơn. |
| N2 | Giúp tăng cường công suất phát laser, cung cấp năng lượng cho CO2 |
| Heli | Nó giúp truyền nhiệt đến thành ống để giữ cho mọi thứ mát mẻ. |
Điện cung cấp năng lượng cho laser CO2. Nguồn năng lượng được gọi là bộ điều khiển RF. Nó kiểm soát độ mạnh và ổn định của chùm tia laser. Để laser hoạt động tốt, cần có nguồn điện ổn định và thiết kế tốt.
- Nguồn năng lượng: Đầu vào của trình điều khiển RF ảnh hưởng đến công suất đầu ra và độ ổn định của tia laser CO2.
- Ổn định nguồn điện: Công suất và tần số ổn định là yếu tố quan trọng để tia laser hoạt động trơn tru.
- Thiết kế: Các ống laser ngắn hơn có thể kém ổn định hơn, do đó thiết kế tốt sẽ giúp duy trì hiệu suất cao.
Nếu bạn sử dụng nhiều năng lượng hơn, tia laser sẽ mạnh hơn. Nó cũng tiêu thụ nhiều điện hơn. Nhiệt từ tia laser có thể thay đổi hiệu quả cắt hoặc đánh dấu của nó. Nếu bạn di chuyển tia laser nhanh hơn, nhiệt lượng truyền vào vật liệu sẽ ít hơn. Điều này có thể làm thay đổi chất lượng công việc của bạn.
Quá trình phát xạ kích thích
Laser CO2 hoạt động theo từng bước. Dưới đây là một danh sách đơn giản cho thấy cách laser carbon dioxide tạo ra chùm tia mạnh:
- Bạn bật tia laser. Điện kích thích các phân tử nitơ trong hỗn hợp khí.
- Nitơ bị kích thích truyền năng lượng cho các phân tử CO2.
- Số lượng phân tử CO2 bị kích thích nhiều hơn số lượng phân tử CO2 ở trạng thái nghỉ. Hiện tượng này được gọi là đảo ngược quần thể. Tia laser cần điều này để hoạt động.
- Khi một photon va chạm với một phân tử CO2 bị kích thích, phân tử này sẽ giải phóng một photon khác có cùng năng lượng và hướng. Hiện tượng này được gọi là phát xạ kích thích.
- Gương bên trong tia laser phản xạ các photon này qua lại. Ánh sáng ngày càng mạnh hơn sau mỗi lần phản xạ.
- Một tấm gương cho một ít ánh sáng đi ra. Ánh sáng này chính là chùm tia laser dùng để cắt, khắc hoặc đánh dấu.
Đảo ngược quần thể xảy ra do nitơ cung cấp năng lượng cho CO2. Heli giúp loại bỏ năng lượng từ tầng thấp hơn. Điều này giúp quá trình diễn ra liên tục và giúp tia laser carbon dioxide hoạt động tốt. Hỗn hợp khí rất quan trọng cho quá trình này.
Các thành phần chính
Để vận hành máy khắc laser CO2, bạn cần một số bộ phận chính. Mỗi bộ phận đều có chức năng riêng giúp máy laser hoạt động an toàn và trơn tru. Dưới đây là bảng liệt kê các bộ phận chính và chức năng của chúng:
- Nguồn điện: Cung cấp năng lượng điện cho ống laser.
- Bộ cộng hưởng: Tạo ra chùm tia laser mạnh và tập trung để thực hiện công việc chính xác.
- Hệ thống làm mát: Giữ tia laser ở nhiệt độ thích hợp để tránh hiện tượng quá nhiệt.
- Gương quang học: Phản xạ và dẫn hướng tia laser để có kết quả tốt nhất.
- Laser Medium: Hỗn hợp khí tạo ra chùm tia laser thông qua phát xạ kích thích.
- Điện tử điều khiển: Quản lý hiệu suất của tia laser và bảo vệ nó khỏi bị hư hại.
- Hệ thống phân phối chùm tia: Chiếu chùm tia laser vào vật liệu gia công, giữ cho chùm tia mạnh và rõ nét.
Linh kiện tốt giúp tia laser hoạt động tốt hơn. Thấu kính chất lượng cao hội tụ tia laser sắc nét. Gương chiếu sáng sạch sẽ và được đặt đúng vị trí giúp tia laser luôn mạnh mẽ. Hệ thống phân phối tia laser phải sạch bụi hoặc không bị hư hỏng. Điều này giúp tránh hiện tượng mờ nét.
Một bộ phận đặc biệt của máy laser CO2 hiện đại là máy quét điện kế. Trong máy khắc laser CO2 siêu tốc, hệ thống điện kế tiên tiến di chuyển chùm tia laser nhanh chóng và chính xác. Hệ thống này sử dụng gương chuyển động nhanh để định hướng chùm tia. Bạn sẽ có được tốc độ và độ chính xác cao. Điều này có nghĩa là bạn có thể tạo ra các thiết kế chi tiết trên gỗ, acrylic, da và thủy tinh. Điện kế cân bằng giữa tốc độ và độ chính xác. Các dấu khắc của bạn luôn sắc nét và đều đặn.
2/ Nguyên lý hoạt động của máy khắc laser CO2 RF
Nguyên lý hoạt động của máy khắc laser CO2 RF là sử dụng nguồn điện tần số vô tuyến làm nguồn bơm. Hai thanh kim loại hình chữ nhật được đặt song song với khoảng cách vài milimét. Các laser khác nhau có khoảng cách khác nhau. Một trong hai tấm điện cực được nối đất thông qua vỏ kim loại được gọi là tấm âm, tấm còn lại được nối với nguồn điện tần số vô tuyến thông qua thiết bị cấp nguồn RF và gọi là tấm dương.
Hai gương phản xạ toàn phần được gắn ở hai đầu của hai thanh kim loại để tạo thành khoang cộng hưởng của laser để trích xuất laser. Các tấm dương và âm cùng với gương khoang laser được lắp đặt bên trong một khoang kim loại kín, thường được làm bằng hợp kim nhôm.
Khí làm việc của laser, các tấm điện cực dương và âm và gương khoang laser được bịt kín trong khoang kim loại. Công suất RF được đưa vào tấm điện cực thông qua một bộ dẫn đặc biệt. Khí làm việc giữa các tấm điện cực được ion hóa để tạo ra vật liệu khuếch đại. Tia laser đầu ra được trích xuất thông qua các gương khoang được lắp đặt ở cả hai đầu của tấm điện cực, và chùm tia laser được thoát ra từ cửa sổ trên khoang kín. Cửa sổ được bịt kín bằng thấu kính ZnSe phủ lớp chống phản xạ, đồng thời có thể bịt kín khoang trong môi trường chân không cao ổn định.
Tản nhiệt
Năng lượng tần số vô tuyến được bơm vào sẽ ion hóa khí làm việc CO2 để tạo ra ánh sáng laser. Khoảng 80% năng lượng tần số vô tuyến chuyển thành nhiệt và tích tụ trong vùng phóng điện. Nhiệt lượng tích tụ trong vùng phóng điện được truyền trực tiếp đến tấm điện cực phóng điện bằng kim loại, và dòng nước làm mát chảy trong tấm điện cực phóng điện sẽ loại bỏ nhiệt lượng này để bảo vệ tấm điện cực phóng điện khỏi bị biến dạng và đảm bảo sự ổn định của công suất laser.
Tạo hình chùm tia
Cấu trúc khoang cộng hưởng của laser CO2 RF không đối xứng theo hai hướng, dẫn đến sự không đối xứng của chùm tia laser đầu ra khi truyền ra ngoài khoang. Chùm tia bên ngoài khoang có dạng điểm elip, kích thước điểm theo hướng X và Y khác nhau, góc phân kỳ khác nhau, và có thêm một chùm tia phụ theo hướng X. Hệ thống định hình laser sử dụng thấu kính hình trụ để biến đổi chùm tia thành chùm tia tròn, sau đó hội tụ, sử dụng bộ lọc không gian tại tiêu điểm để loại bỏ chùm tia phụ, và cuối cùng là chuẩn trực. Thông qua phương pháp trên, chùm tia được biến đổi thành chùm tia đối xứng.
Sự phân cực
Vùng phóng điện song song với hướng của tấm đáy laser, và chùm tia đầu ra là ánh sáng phân cực tuyến tính, hướng phân cực song song với hướng của tấm đáy. Nếu cần sử dụng ánh sáng phân cực tròn, bạn có thể thêm thiết bị làm chậm pha vào đường dẫn quang học, chẳng hạn như gương làm chậm pha.
Nguồn cấp điện RF
Laser CO2 RF được điều khiển bởi nguồn điện tần số vô tuyến 81,36MHz. Mạch nguồn sử dụng nguồn điện một chiều 48V để điều khiển công suất đầu ra thông qua tín hiệu điều khiển. Đầu tiên, một bộ dao động tinh thể được sử dụng để tạo ra tín hiệu tần số vô tuyến 81,36MHz, sau đó đầu ra tần số vô tuyến công suất cao được tạo ra thông qua mạch phóng điện.
Nguyên lý hoạt động của máy khắc laser CO2 trong cài đặt hệ thống làm lạnh và nhiệt độ nước làm mát
Hệ thống làm mát phù hợp là rất cần thiết cho hoạt động bình thường của laser RF. Vì phần lớn công suất RF được phát ra trở thành nhiệt thải, nên cần có một hệ thống làm lạnh phù hợp để làm mát laser. Tùy thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm môi trường, phạm vi cài đặt nhiệt độ nước làm mát là 21-30 độ C, và lưu lượng không nhỏ hơn 6,5L/phút. Khi cài đặt nhiệt độ nước làm mát, cần tham khảo nhiệt độ và độ ẩm môi trường để tránh hiện tượng ngưng tụ trên laser. Nếu xảy ra hiện tượng ngưng tụ trên bề mặt laser, nó sẽ gây hư hỏng không thể khắc phục cho laser và ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ của laser. Nhiệt độ nước làm mát phải cao hơn điểm sương của không khí.
Quý khách có nhu cầu mua máy cắt khắc laser CO2 và tìm hiểu Nguyên lý hoạt động của máy khắc laser CO2. Xin vui lòng liên hệ với chúng tôi theo thông tin bên dưới. Rất hân hạnh được phục vụ quý khách!
- CÔNG TY TNHH CÔNG NGHỆ TÂN TIẾN
- ĐC: 115/23/8 Nguyễn Văn Quá, phường Tân Hưng Thuận, Q.12, Tp.HCM
- Mobile: 0972 692 192 – 0919 036 046
- Email: ngtuanke@gmail.com
- Website : www.lasertantien.com.vn
