Đục lỗ và cắt vi mô phôi sắt bằng laser

(Website tài trợ bởi: cong tu dong)

Gia công vi mô các chi tiết sắt lá kỹ thuật, lá thép silic trong lõi biến áp điện tử hay các cụm đĩa đệm chính xác có độ dày dưới 1mm đòi hỏi mức độ kiểm soát dung sai khắt khe đến từng micromet. Khác biệt cốt lõi so với gia công kết cấu thông thường nằm ở chỗ: với các phôi sắt siêu mỏng, bất kỳ sự dư thừa nhiệt lượng nào dù chỉ trong một phần nghìn giây cũng đủ làm biến dạng nhiệt toàn bộ biên dạng, gây cháy sém cạnh cắt và làm cong vênh chi tiết. Để đạt được độ tinh xảo vi mô, kỹ sư vận hành bắt buộc phải can thiệp sâu vào các thông số vật lý của chùm tia, chuyển hóa năng lượng liên tục thành các xung quang học cực ngắn kết hợp triệt tiêu mọi rung động cơ khí siêu nhỏ trên hệ trục chuyển động.

​

Hiện tượng cháy viền khi cắt chi tiết sắt độ dày dưới 1mm
Khi gia công phôi sắt mỏng từ 0.3mm đến 0.8mm bằng chế độ phát sóng liên tục (CW - Continuous Wave), tốc độ truyền nhiệt của sắt carbon thường chậm hơn tốc độ tích tụ năng lượng của chùm tia laser hội tụ. Vệt sáng quang học dù nhỏ nhưng khi di chuyển qua các rãnh hẹp cách nhau chỉ 0.5mm sẽ khiến nhiệt lượng ở hai đường cắt cạnh nhau giao thoa, dẫn đến hiện tượng cháy viền, làm biến đổi tính chất từ tính của phôi thép kỹ thuật hoặc làm méo mó các gờ mép mỏng manh.

Trong các ứng dụng gia công vi mô chuyên sâu, cấu hình quang học của máy cắt sắt laser sợi quang cần được chuyển đổi linh hoạt sang chế độ điều chế xung tần số cao (Quasi-Continuous Wave hoặc Pulse Modulation). Thay vì cấp nhiệt liên tục, chùm tia phát ra các gói photon năng lượng ngắt quãng với tần số từ 2.000Hz đến 20.000Hz. Khoảng nghỉ giữa các xung (pulse interval) dù chỉ kéo dài vài micro giây cũng tạo điều kiện cho kim loại kịp tản nhiệt ra môi trường xung quanh, giúp vết cắt duy trì độ rộng rãnh (kerf width) siêu nhỏ dưới 0.15mm, cạnh cắt vuông vức tuyệt đối và không xuất hiện dải màu cháy nhiệt (HAZ) trên bề mặt phôi.

​

Tinh chỉnh Duty Cycle (chu kỳ nhiệm vụ) để tạo lỗ đột có đường kính cực nhỏ
Một thách thức kỹ thuật lớn trong chế tạo khuôn mẫu chính xác và chi tiết vi cơ điện tử là tạo ra hàng nghìn lỗ đột nhỏ có đường kính từ 0.5mm đến 1.0mm trên phôi sắt mà không làm nứt vỡ chân lỗ hoặc hình thành râu xỉ bám quanh miệng:

• Tối ưu hóa tỷ lệ xung (Duty Cycle)
• Lựa chọn bép cắt vi mô và khí trợ cắt
• Thời gian trễ tạo xung (Pulse Delay)

Việc làm chủ thông số xung và chu kỳ nhiệm vụ biến quá trình gia công sắt lá mỏng trở thành một quy trình cắt nguội quang học chính xác cao, bảo toàn nguyên vẹn tính chất cơ lý ban đầu của vật liệu.

Sự cần thiết của bệ đúc nguyên khối để triệt tiêu vi chấn động (micro-vibration)
Đối với gia công chi tiết cơ khí vi mô, sai số không chỉ đến từ thông số quang học mà còn xuất phát từ các rung chấn cơ khí có biên độ chỉ vài micromet. Khi các trục truyền động di chuyển với tần số gia tốc đảo chiều liên tục ở các đường cong hoa văn nhỏ, phản lực quán tính sẽ kích thích hiện tượng cộng hưởng cơ học trên toàn bộ hệ khung đỡ:

​

• Vật liệu gang đúc xám tích hợp
• Khử vi chấn truyền động trục Z

Trong quá trình nghiên cứu và tối ưu hóa hệ thống máy công nghiệp tại Golden Micron, công nghệ bệ gang đúc nguyên khối kết hợp ray dẫn hướng mài phẳng đã chứng minh khả năng triệt tiêu triệt để hiện tượng gợn sóng tế vi ở dải tốc độ cắt nhanh. Nhờ độ cứng vững động lực học vượt trội, thiết bị cho phép định vị lặp lại chính xác tới 0.01mm, bảo đảm từng đường rãnh cắt và lỗ đột vi mô trên sắt lá mỏng đều tăm tắp theo đúng bản vẽ thiết kế CAD/CAM.

Gia công vi mô kim loại tấm mỏng là bài toán giao thoa giữa việc kiểm soát xung năng lượng quang học và độ ổn định cơ khí chính xác đến từng micromet. Các kỹ sư gia công và kỹ thuật viên cơ điện tử đang trực tiếp xử lý các chi tiết sắt mỏng, thép silic hiện sử dụng mức tần số xung và loại khí trợ cắt nào để triệt tiêu hiện tượng cong vênh phôi? Rất hoan nghênh anh em cùng đưa ra các ca gia công thực tế bên dưới để cùng mổ xẻ và tối ưu hóa thông số.