Giới thiệu về cắt laser

Cắt laser là một trong những phương pháp phổ biến nhất trong sản xuất. Ban đầu được dùng để khoan lỗ trên khuôn kim cương, cắt laser đã đi một chặng đường dài và hiện được coi là một trong những cách hiệu quả nhất để cắt một mảnh vật liệu và tạo ra các sản phẩm hoàn thiện. Đây là một công nghệ được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng khác nhau từ các nhà sản xuất công nghiệp lớn đến trường học và những người yêu thích.

Bài viết này đi sâu vào toàn bộ quá trình cắt laser, bao gồm công nghệ này là gì và hoạt động như thế nào, các loại, tính năng và ứng dụng khác nhau của công nghệ cắt laser, cũng như xu hướng tương lai của máy cắt laser.

Nó là gì

Cắt laser là quá trình sử dụng chùm tia laser công suất cao để chiếu xạ vật liệu. Thông thường, tia laser được sử dụng cùng với hệ thống điều khiển chuyển động, hệ thống này xác định cách tia laser di chuyển trên vật liệu. Cắt laser không chỉ được sử dụng cho các ứng dụng công nghiệp như chế tạo kim loại mà đôi khi còn được sử dụng cho các hiệu ứng nghệ thuật như khắc và khắc axit.

Cách thức thực hiện

Tia laser sử dụng năng lượng từ các electron để tạo ra ánh sáng cường độ cao, nhiệt độ cao, còn được gọi là chùm tia laser. Khi tiếp xúc với vật liệu, chùm tia laser nhanh chóng làm tan chảy bề mặt để tạo thành một lỗ. Từ điểm tiếp xúc ban đầu, tia laser di chuyển theo hướng được lập trình để cắt hoàn toàn vật liệu hoặc tạo ra hiệu ứng mong muốn. Đồng thời, vật liệu nóng chảy bị thổi bay bởi luồng không khí tốc độ cao. 

Cắt laser là phương pháp cắt nhiệt thường tạo ra các đường cắt mịn với chất lượng tuyệt vời, độ chính xác cao và vật liệu lãng phí tối thiểu. So với các phương pháp cắt truyền thống, cắt laser tạo ra các khe hẹp hơn, giúp bạn tiết kiệm nhiều phần vật liệu hơn. 

Các loại cắt laser

Cắt laser có thể được phân loại thành bốn loại: bốc hơi laser, làm nóng chảy laser, O₂ cắt laser và khắc laser có kiểm soát gãy xương.

1. Bốc hơi bằng tia laser 

Bốc hơi bằng laser sử dụng chùm tia laser có mật độ năng lượng cao để làm nóng vật liệu. Khi tiếp xúc, nhiệt độ của vật liệu tăng nhanh đến điểm sôi và vật liệu bắt đầu bốc hơi thành hơi nước. Khi những hơi này được phun ra nhanh chóng, một vết cắt được hình thành trên vật liệu. 

Loại cắt laser này đòi hỏi lượng công suất và mật độ công suất lớn, chủ yếu được sử dụng để cắt các vật liệu kim loại cực mỏng và các vật liệu phi kim loại như giấy, vải, gỗ, nhựa và cao su.

2. Làm tan chảy bằng tia laser

Nung chảy bằng laser sử dụng chùm tia laser để làm nóng vật liệu nhanh chóng và khí không oxy hóa (như Ar, He, N, v.v.) để xả vật liệu nóng chảy. Khí không oxy hóa được phun qua vòi phun ở áp suất cao cùng với chùm tia, cho phép vật liệu xả ngay lập tức khi tiếp xúc với chùm tia.

Nung chảy bằng laser không làm bay hơi hoàn toàn kim loại và chỉ cần 1/10 năng lượng cần thiết để bay hơi bằng laser. Loại cắt laser này chủ yếu được sử dụng để cắt các vật liệu không dễ bị oxy hóa hoặc các kim loại hoạt động như thép không gỉ, titan, nhôm và hợp kim của chúng.

3. Các₂ cắt laser

O₂ cắt laser sử dụng chùm tia laser để làm nóng vật liệu nhanh chóng và O₂, một loại khí oxy hóa, để giải phóng vật liệu nóng chảy. Trong O₂ cắt laser, khí oxy hóa tương tác với vật liệu để gây ra phản ứng oxy hóa, phát ra một lượng nhiệt lớn. Sau đó, oxit nóng chảy và vật liệu nóng chảy được thổi ra khỏi vùng phản ứng, dẫn đến vết cắt trên vật liệu. Về vấn đề này, O₂ Cắt laser tương tự như cắt oxyacetylene.

Do phản ứng oxy hóa trong quá trình cắt tạo ra rất nhiều nhiệt nên năng lượng cần thiết để cắt oxy bằng laser chỉ bằng một nửa năng lượng cần thiết để làm nóng chảy bằng laser và tốc độ cắt cao hơn đáng kể so với quá trình bốc hơi bằng laser và làm nóng chảy bằng laser. 

O₂ Cắt laser chủ yếu được sử dụng cho các vật liệu kim loại dễ bị oxy hóa như thép cacbon, thép titan và thép đã qua xử lý nhiệt.

4. Khắc laser có kiểm soát gãy xương

Khắc laser sử dụng chùm tia laser có mật độ năng lượng cao để quét bề mặt vật liệu kim loại nhằm tạo ra một loạt các rãnh nhỏ, còn được gọi là "vạch khắc". Sau đó, một lượng áp suất được kiểm soát nhất định sẽ được tác dụng lên bề mặt, khiến vật liệu nứt dọc theo các vạch khắc. 

Khắc laser chủ yếu được sử dụng để sản xuất các tấm bán dẫn, đèn LED và các sản phẩm khác đòi hỏi sự kiểm soát chặt chẽ và độ chính xác cực nhỏ. Do đó, laser được sử dụng để khắc laser thường là laser Q-switched và CO₂ laser.

Tính năng

So với các phương pháp cắt nhiệt khác, cắt laser là quá trình nhanh hơn nói chung và cung cấp chất lượng cắt vượt trội. Cắt laser có những lợi ích sau:

1. Chất lượng cắt vượt trội: Do mật độ năng lượng cao và độ chính xác của điểm tiếp xúc laser, việc cắt laser mang lại kết quả tốt hơn.

a. Cắt laser tạo ra một đường cắt cực kỳ hẹp. Chiều rộng cắt tạo ra từ cắt laser nhỏ hơn 0.001 inch và độ chính xác về kích thước cực kỳ chính xác ở mức khoảng ± 0.0005 inch.

b. Cắt laser tạo ra các cạnh cực kỳ mịn, nghĩa là có thể sử dụng ở bước cuối cùng trong sản xuất mà không cần bất kỳ quá trình xử lý cơ học bổ sung nào.

c. Cắt laser tạo ra biến dạng tối thiểu trên phôi và hầu như không ảnh hưởng đến vật liệu gần vết cắt. Hình dạng của khe cũng luôn là hình chữ nhật.

2. Hiệu suất cắt cao: Toàn bộ quá trình cắt laser có thể được điều khiển hoàn toàn bằng CNC mà không cần bất kỳ thao tác thực hành nào. Trong quá trình cắt laser, người dùng chỉ cần cấu hình hệ thống điều khiển chuyển động. Các cấu hình có thể được áp dụng cho các hình dạng khác nhau. Ngoài ra, máy cắt laser có thể được trang bị nhiều bàn làm việc CNC, giúp cải thiện đáng kể hiệu quả khi làm việc với các phôi lớn hoặc nhiều phôi.

3. Tốc độ cắt nhanh: Laser có công suất 1200 W có thể đạt tốc độ cắt 600 cm/phút khi cắt tấm thép cacbon thấp dày 2 mm. Laser có cùng công suất có thể đạt tốc độ cắt 1200 cm/phút khi cắt tấm nhựa polypropylene dày 5 mm. Vật liệu không cần kẹp và cố định trong quá trình cắt laser, có thể ngăn ngừa hư hỏng cho dụng cụ sử dụng và giảm thời gian cần thiết để nạp và tháo phôi.

4. Cắt laser không tiếp xúc: Đèn cắt không tiếp xúc với phôi, đảm bảo không hoặc ít hao mòn các dụng cụ được sử dụng. Ngoài ra, không cần thay đổi bất kỳ dụng cụ nào để gia công các bộ phận và hình dạng khác nhau. Người dùng chỉ cần thay đổi các thông số đầu ra của tia laser. Quá trình cắt laser cũng tạo ra tiếng ồn thấp, độ rung nhỏ và không gây ô nhiễm.

5. Phạm vi ứng dụng rộng rãi: So với cắt oxyacetylene và cắt plasma, cắt laser phù hợp với nhiều loại vật liệu hơn, bao gồm kim loại và phi kim loại cũng như vật liệu composite gốc kim loại và phi kim loại. Các vật liệu khác nhau có mức độ phù hợp khác nhau để cắt laser do các đặc tính nhiệt-vật lý khác nhau của chúng.

Ứng dụng

Hầu hết các máy cắt laser ngày nay đều được điều khiển bằng chương trình CNC hoặc được chế tạo thành robot tự động. Do đó, cắt laser phù hợp với hầu hết mọi vật liệu để tạo ra mọi loại hình dạng, cả hai chiều và ba chiều.

Trong lĩnh vực sản xuất ô tô, cắt laser được sử dụng rộng rãi để cắt các đường cong phức tạp như tấm thân xe, mui xe, mái xe, cửa sổ xe, ống, thành phần túi khí và nhiều bộ phận khác. Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, công nghệ cắt laser được sử dụng để cắt các bộ phận hàng không đặc biệt như ống lửa động cơ, khung máy bay, tấm cánh đuôi, rôto trực thăng và nhiều bộ phận khác.

Công nghệ cắt laser cũng được sử dụng rộng rãi cho các vật liệu phi kim loại. Cắt laser không chỉ có thể được sử dụng cho các vật liệu có độ cứng và độ giòn cao như silicon nitride, gốm sứ và thạch anh mà còn có thể được sử dụng cho các vật liệu mềm dẻo như vải, giấy, tấm nhựa và cao su. 

Xu hướng tương lai

1. Công nghệ cắt laser sẽ tiếp tục thúc đẩy cuộc cách mạng công nghiệp tiến lên.

Cắt laser đã mang lại nhiều lợi ích kinh tế cho các nhà sản xuất mới và cũ. Thành phần cốt lõi của nó, nguồn sáng laser, là một thành phần quan trọng quyết định khả năng cắt của máy cắt laser.

Trong 40 năm qua kể từ khi sự ra đời của máy cắt laser, sự phát triển công nghệ quan trọng nhất với nguồn sáng laser là việc thay thế máy cắt laser CO2 bằng máy cắt laser sợi quang. 

Nếu bạn hỏi liệu có nguồn sáng laser mới nào rẻ hơn laser sợi quang, hiệu suất tốt hơn và cung cấp chùm tia mịn hơn không, câu trả lời chắc chắn là có. Nhưng nếu bạn hỏi đó là loại laser nào, thì hiện tại không thể đưa ra câu trả lời chính xác. Không cần phải nói, nguồn sáng laser chắc chắn sẽ chứng kiến ​​nhiều sự phát triển trong tương lai.

2. Laser sợi quang công suất cao sẽ trở thành thế lực thống trị trên thị trường máy cắt laser.

Máy cắt sợi quang với nhiều dải công suất khác nhau đã mở ra một kỷ nguyên tuyệt vời cho sản xuất. Những máy cắt laser này có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau, mỗi loại có những trường hợp sử dụng riêng. Tuy nhiên, nếu bạn nghĩ về loại máy cắt laser nào sẽ được sử dụng rộng rãi nhất trong tất cả các lĩnh vực trong tương lai, thì laser sợi quang công suất cao chắc chắn là lựa chọn an toàn nhất.

Theo các chuyên gia, học giả và người dùng trong ngành, những chiếc máy này mang lại công suất cao hơn, độ chính xác cao hơn và khả năng cắt lớn hơn cho công nghệ cắt laser và sẽ có tác động lớn đến thị trường cắt laser.

Do đó, một số lượng lớn các nhà sản xuất máy cắt laser sợi quang công suất cao chắc chắn sẽ mở ra cuộc cạnh tranh khốc liệt trên thị trường, cuối cùng là vì lợi ích của người tiêu dùng. Điều này sẽ thúc đẩy sự phát triển về mặt kiểm soát chất lượng và tiêu chuẩn sản xuất trong tương lai gần, nơi chỉ những công ty có chất lượng sản phẩm tuyệt vời, tập trung liên tục vào R&D và nắm vững các công nghệ cạnh tranh cốt lõi mới có thể giữ vững vị trí hàng đầu.

3. Thời đại của trí thông minh đang đến gần.

Những phát triển công nghệ trên toàn thế giới như “Công nghiệp 4.0” của Đức và việc Trung Quốc ngày càng áp dụng các nhà máy thông minh là những dấu hiệu rõ ràng cho một điều: cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư đang đến. Và cùng với đó, kỷ nguyên sản xuất thông minh sẽ đến với ngành công nghiệp cắt laser. Điều này bao gồm tích hợp hàng loạt công nghệ mạng, công nghệ truyền thông và phần mềm máy tính với máy cắt laser CNC có độ chính xác cao. 

Phù hợp với điều này, sự phát triển của máy cắt laser tự động đã cải thiện đáng kể năng lực sản xuất và tự động hóa của các xưởng kim loại tấm. Là một phương tiện chính xác, máy cắt laser chắc chắn sẽ sử dụng khả năng giao tiếp mạng tự chế để giao tiếp với nhiều máy khác nhau trong các nhà máy kim loại tấm, bao gồm dây chuyền tháo cuộn tấm, máy uốn, máy đột CNC, cụm mối hàn (đinh tán), máy phun bi và dây chuyền phủ.

Các thiết bị khác được nhúng trong một kế hoạch sản xuất thống nhất, nhiệm vụ và hệ thống quản lý đánh giá sẽ trở nên quan trọng đối với việc quản lý một xưởng kim loại tấm. Do đó, một số lượng lớn Máy cắt laser các nhà sản xuất sẽ dần chuyển đổi thành nhà thầu chế tạo kim loại tấm trong tương lai.

Nguồn từ stylecnc.com

Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Thông tin nêu trên được cung cấp bởi stylecnc độc lập với Chovm.com. Chovm.com không tuyên bố và bảo đảm về chất lượng và độ tin cậy của người bán và sản phẩm.