Cắt laser là gì? Tổng quan về công nghệ cắt laser
Như các bạn đã biết, hiện nay phương pháp cắt laser được ứng dụng rất rộng rãi và phổ biến trong ngành công nghiệp chế tạo với độ chính xác cao. Laser có thể ứng dụng để cắt vật liệu kim loại hay phi kim.
Vậy Công nghệ cắt laser là gì?
Cắt laser chủ yếu là một quá trình nhiệt. Trong đó chùm tia laser hội tụ được sử dụng để làm nóng chảy vật liệu trong một khu vực cục bộ. Một luồng khí đồng trục được sử dụng để đẩy vật liệu nóng chảy ra khỏi liên kết tạo thành rãnh cắt. Quá trình cắt liên tục được thực hiện bởi việc di chuyển chùm tia laser hoặc phôi vật liệu dưới sự điều khiển của CNC.
Cắt laser chia làm 3 loại chính: cắt nhiệt hạch – cắt ngọn lửa – cắt từ xa.
Trong quá trình cắt nhiệt hạch, một khí trơ được sử dụng để đẩy vật liệu nóng chảy khỏi liên kết tạo thành rãnh cắt (thường là khí N2). Nito không phản ứng tỏa nhiệt với vật liệu nóng chảy. Do đó không đóng góp năng lượng nhiệt đầu vào của quá trình cắt.
Trong quá trình cắt ngọn lửa, oxy được sử dụng làm khí hỗ trợ. Ngoài việc tác dụng cơ học lên vật liệu nóng chảy, oxy tạo ra phản ứng tỏa nhiệt làm tăng năng lượng đầu vào cho quá trình cắt.
Trong quá trình cắt từ xa, vật liệu được làm bay hơi một phần (đốt cháy) bằng chùm tia laser cường độ cao cho phép cắt các vật liệu mỏng mà không cần khí hỗ trợ.
Quá trình cắt laser tự động hóa với các hệ thống CAD/CAM, hệ thống điều khiển ba trục – cắt phẳng hoặc hệ thống điều khiển robot sáu trục – cắt ba chiều.
Những ưu điểm về độ chính xác, độ vuông cạnh và kiểm soát nhiệt đầu vào. Phương pháp cắt laser được ứng dụng ngày càng rộng rãi để thay thế các phương pháp cắt định hình khác như: cắt oxy/gas, cắt plasma. Có nhiều máy laser hiện đại được sản xuất để ứng dụng cắt kim loại và gỗ.
Khả năng cắt vật liệu của laser:
- Cắt thép các bon
- Cắt inox (thép không gỉ)
- Cắt nhôm (aluminum)
- Cắt đồng và titan
- Cắt nhựa nhiệt dẻo, gỗ và phi kim khác.
Lợi ích cắt laser mang lại:
- Chất lượng cắt sản phẩm cao, không cần làm sạch.
- Sự siêu linh hoạt: các sản phẩm cắt có thể đơn giản hay phức tạp.
- Không tiếp xúc: không làm trầy xước bề mặt.
- Thiết lập nhanh chóng: số lượng nhỏ.
- Nhiệt đầu vào thấp: giảm độ biến dạng, cong vênh.
- Cắt được gần như tất cả các vật liệu.
Sự ảnh hưởng của thấu kính đến độ dày vật cắt
Quá trình cắt laser là việc tập trung chùm tia laser bằng thấu kính (đôi khi có gương lõm) vào một điểm nhỏ có mật độ năng lượng đủ để tạo ra một vệt cắt laser.
Thấu kính được xác định bằng tiêu cự, là khoảng cách từ thấu kính đến điểm hội tụ. Các yếu tố quan trọng chi phối tính hiệu quả của quá trình là: đường kính điểm lấy nét và độ sâu tiêu điểm.
Độ sâu tiêu điểm là khoảng cách hiệu quả có thể đạt được đường cắt vừa ý. Nó được định nghĩa là khoảng cách mà diện tích của điểm lấy nét không tăng quá 50%.
Đường kính tiêu điểm laser và độ sâu tiêu điểm phụ thuộc vào đường kính chùm tia laser thô trên thấu kính và tiêu cự của thấu kính. Đối với đường kính chùm tia laser thô không đổi. Việc làm giảm tiêu cự của thấu kính hội tụ dẫn đến đường kính tiêu điểm và độ sâu tiêu điểm nhỏ hơn. Đối với ống kính có chiều dài tiêu điểm không đổi. Việc tăng đường kính chùm tia laser thô cũng làm giảm đường kính tiêu điểm và độ sâu tiêu điểm.
Do vậy, để so sánh giữa các laser có đường kính chùm tia khác nhau người ta sử dụng một hệ số. Gọi là hệ số tiêu điểm f, bằng tiêu cự F chia cho đường kính chùm tia laser thô D. (f=F/D)
Các yêu cầu cho quá trình cắt laser như sau:
- Mật độ công suất cao và kích thước điểm tập trung nhỏ.
- Chiều sâu tiêu điểm dài để xử lý vật liệu dày hơn với dung sai hợp lý để thay đổi vị trí tiêu điểm.
Vì hai yêu cầu này mâu thuẫn nên phải thỏa hiệp. Điểm xem xét duy nhất khác đó là độ dài tiêu cự càng ngắn, ống kính càng gần phôi và dễ bị hư hỏng do quá trình cắt.
Trên thực tế có thể tối ưu hóa độ dài tiêu cự cho từng độ dày vật liệu khác nhau. Điều này đòi hỏi thời gian thiết lập bổ sung khi thay đổi từ công việc này sang công việc khác.
Trên đây là phần thông tin trả lời cho câu hỏi cắt laser là gì? Các yêu cầu trong quá trình cắt laser.
Hy vọng góp phần cung cấp thêm thông tin cho Quý khách hàng trong quá trình vận hành và sử dụng máy laser
Xem video giới thiệu chi tiết về cấu tạo máy cắt laser fiber:
Các cấu hình máy laser fiber MEV xem thêm tại đây.
Máy cắt CNC Laser MEV – Máy cắt CNC Gas/Plasma
