Khoan vi lỗ trên vật liệu thép không gỉ, sử dụng Laser xung hòa ba bậc hai của Nd: YAG

Công nghệ khoan laser sử dụng phổ biến bước sóng trong dải tử ngoại (UV), vùng nhìn thấy (VIS), và vùng hồng ngoại (IR). Thiết bị khoan laser xung Nd:YAG bơm bằng laser diode, công suất liên tục ở bước sóng hòa ba bậc hai 532 nm có thể lên tới 50W mà chúng tôi nghiên cứu và thử nghiệm, có thể khoan được những vi lỗ kích thước dưới 100 µm. Trong nghiên cứu này chúng tôi tập trung vào loại vật liệu là những tấm thép không gỉ có độ dày từ 0.1 mm tới 0.5 mm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Khoan vi lỗ trên vật liệu thép không gỉ, sử dụng Laser xung hòa ba bậc hai của Nd:YAGNghiên cứu khoa học công nghệ KHOAN VI LỖ TRÊN VẬT LIỆU THÉP KHÔNG GỈ, SỬ DỤNG LASER XUNG HÒA BA BẬC HAI CỦA Nd:YAG Phan Đình Thắng1*, Đặng Văn Mười1, Hoàng Chí Hiếu2, Hồ Anh Tâm3 Tóm tắt: Công nghệ khoan laser có thể tạo được vi lỗ có đường kính rất nhỏ cỡ vài chục micro mét. Khi chùm bức xạ laser có bước sóng nằm trong vùng tử ngoại, đường kính vi lỗ có thể nhỏ dưới 20 µm. Công nghệ này được sử dụng trong nhiều ứng dụng như: chế tạo các thiết bị vòi phun, khe cắm, màng lọc sử dụng trong các thiết bị đo đạc, cảm biến sinh học, thiết bị kết nối mật độ cao, thiết bị y tế, các thành phần thiết bị hàng không vũ trụ. Công nghệ khoan laser sử dụng phổ biến bước sóng trong dải tử ngoại (UV), vùng nhìn thấy (VIS), và vùng hồng ngoại (IR). Thiết bị khoan laser xung Nd:YAG bơm bằng laser diode, công suất liên tục ở bước sóng hòa ba bậc hai 532 nm có thể lên tới 50W mà chúng tôi nghiên cứu và thử nghiệm, có thể khoan được những vi lỗ kích thước dưới 100 µm. Trong nghiên cứu này chúng tôi tập trung vào loại vật liệu là những tấm thép không gỉ có độ dày từ 0.1 mm tới 0.5 mm.Từ khóa: Khoan vi lỗ Inox 304, Laser xung Nd:YAG hòa ba bậc hai. 1. MỞ ĐẦU Công nghệ khoan laser có ưu điểm nổi bật là không tiếp xúc cơ học, do đó cóthể giảm đáng kể các tác động của lực cơ khí và đảm bảo duy trì sự ổn định bề mặttấm kim loại, không gây lệch tâm vi lỗ và ít gây biến dạng vùng khoan. Những ưuđiểm công nghệ khoan laser xung Nd:YAG có được bao gồm: mật độ năng lượngcao, mật độ công suất hội tụ qua thấu kính lớn (hơn 90%)[1], vùng ảnh hưởng nhiệthẹp, chất lượng về mặt khoan cắt cao, phù hợp với ứng dụng khoan chính xác vi lỗtrên những tấm thép không gỉ. Hơn thế nữa, chi phí thiết kế, chế tạo và vận hànhcho một hệ khoan laser thấp hơn nhiều so với các phương pháp khác như: phươngpháp chùm điện tử, phương pháp quang khắc, phương pháp phóng điện. Chính vìthế, công nghệ khoan laser được xem là một hướng nghiên cứu, thử nghiệm có rấtnhiều triển vọng. Bên cạnh đó, bức xạ laser có thể hoạt động ở chế độ phát xung,tần số xung lớn, và sự ổn định cao. Trong quá trình khoan bằng laser xung, năng suất và chất lượng vi lỗ phụthuộc vào các tham số như: mật độ công suất laser, độ rộng xung, tần số xung,tốc độ khoan, vị trí tiêu cự, chất lượng vật liệu, khí bổ trợ. Những tham số nàyảnh hưởng trực tiếp tới quá trình, mức độ tương tác của chùm bức xạ laser lên vậtliệu thép không gỉ. Mật độ công suất laser là tham số quyết định khả năng khoanthủng vật liệu, trong khi đó độ rộng xung và tần số xung là hai tham số quantrọng ảnh hưởng tới chất lượng vi lỗ. Trong thời gian chùm bức xạ laser tươngtác lên bề mặt vật liệu, tại vùng tương tác, năng lượng nhiệt từ laser truyền sangvật liệu. Hình thành một trường nhiệt độ liên tục trên độ dày nhất định của tấmthép không gỉ, vùng nhiệt này chịu ảnh hưởng lớn từ tham số độ rộng xung và tầnsố xung[2]. Sử dụng laser xung ngắn sẽ tập trung được năng lượng vào một diệntích rất nhỏ, do vậy hạn chế được sự mở rộng của vùng nhiệt. Ngoài ra, còn tránhTạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 44, 08 - 2016 105 Vật ật lýđược những tác động của sóng xung kích do laser xung ddàiđược ài hoặc hoặc laser liên liên ttục ụctương tác lên vvật ật liệu. 2. TH THỰC ỰC NGHIỆM2.1. Tương tác laser xung Nd:YANd:YAG G bư bướcớc sóng 532 nm với vật liệu Sựự ttương ương tác gi giữa ữa laser – vật vật liệu bắt đầu khi bức xạ laser tiếp xúc với ới bề mặtvật ật liệu vvàà được được xác định qua hiệu suất năng llư ượng ợng laser truyền vvàoào vvậtật liệu. Sựtương tác laser – vvật ật liệu đđược ợc mô tả qua ba quá tr trình ình ph phản ản xạ, hấp thụ, vvàà truy truyền ...