Cắt Laser là gì?
Cắt laser là một phương pháp xử lý phi truyền thống sử dụng một luồng ánh sáng kết hợp tập trung mạnh gọi là laser để cắt vật liệu. Đó là một quá trình trừ trong đó vật liệu được loại bỏ liên tục trong quá trình cắt. Điều này được thực hiện bằng cách hóa hơi, nóng chảy, cắt bỏ hóa học hoặc lan truyền vết nứt có kiểm soát.
Tia laser được điều khiển kỹ thuật số bằng CNC (Điều khiển số bằng máy tính), làm cho quy trình phù hợp để khoan các lỗ nhỏ tới 5 micron. Ngoài ra, quá trình này không tạo ra ứng suất dư trong vật liệu, cho phép cắt các vật liệu mỏng và dễ vỡ.
Cắt Laser Hoạt Động Như Thế Nào?
Máy cắt laser hoạt động tương tự như máy CNC, nhưng nó sử dụng tia laser công suất cao. Tia laser sẽ dẫn vật liệu hoặc chùm tia đi qua máy CNC và thiết bị quang học. Máy sẽ sử dụng CNC, hoặc mã G được cung cấp, để cắt vật liệu và điều khiển chuyển động.
Sau khi chùm tia laser được hội tụ, vật liệu sẽ tan chảy, bốc hơi và cháy. Ngoài ra, khi bạn thổi vật liệu bằng tia khí, bạn có thể thu được bề mặt cạnh hoàn thiện chất lượng cao. Quá trình tạo chùm tia laze diễn ra trong một thùng chứa kín, ở đó đèn hoặc phóng điện kích thích vật liệu phát quang.
Sự khuếch đại của chất phát quang xảy ra sau phản xạ bên trong qua gương bán phần. Hiện tượng này tiếp tục cho đến khi tích lũy đủ năng lượng trong luồng ánh sáng đơn sắc kết hợp để cho phép nó thoát ra. Cường độ ánh sáng tăng lên sau khi nó được tập trung vào khu vực làm việc bằng sợi quang hoặc gương.
Đường kính chùm tia laser dưới 0,32 mm ở cạnh mỏng nhất của nó. Ngược lại, chiều rộng của vết rạch có thể nhỏ tới 0,1 mm. Tuy nhiên, điều này phụ thuộc vào độ dày của vật liệu. Nếu vật liệu được cắt bằng máy cắt laser mà không bắt đầu từ mép của vật liệu, thì quy trình đục lỗ sẽ được sử dụng.
Các Loại Cắt Laser
Để cắt, có ba loại laser chính. Chúng là CO2, Nd-YAG (garnet nhôm neodymium yttrium) và laser sợi quang. Chúng khác nhau về vật liệu cơ bản được sử dụng để tạo ra chùm tia laze.
Laser Carbon Dioxide
Loại laser này có môi trường phóng khí chứa 10-20% carbon dioxide, 10-20% nitơ, một lượng nhỏ hydro và xenon và helium. Việc bơm laser được thực hiện không phải bằng ánh sáng mà bằng dòng phóng điện.
Khi phóng điện đi qua môi trường chiếu sáng, các phân tử nitơ được kích thích lên mức năng lượng cao hơn. Không giống như mô tả trước đây, các phân tử nitơ bị kích thích này không bị mất năng lượng do phát xạ photon.
Thay vào đó, nó truyền năng lượng của các chế độ rung của nó cho các phân tử CO2. Quá trình này tiếp tục cho đến khi hầu hết các phân tử CO2 ở trạng thái có thể chuyển đổi. Sau đó, các phân tử carbon dioxide phát ra ánh sáng hồng ngoại ở 10,6 µm hoặc 9,6 µm, đưa chúng về mức năng lượng thấp hơn.
Gương cộng hưởng được thiết kế để phản xạ các photon phát ra ở các bước sóng này. Gương là một bộ phận phản xạ cho phép giải phóng chùm tia hồng ngoại được sử dụng để cắt vật liệu.
Sau khi giải phóng ánh sáng hồng ngoại, phân tử CO2 trở về trạng thái cơ bản bằng cách truyền năng lượng còn lại của nó cho các nguyên tử helium pha tạp. Các nguyên tử helium lạnh sau đó trở nên rất nóng và được làm mát bằng hệ thống làm lạnh của laser. Laser CO2 có hiệu suất khoảng 30%, cao hơn các loại laser khác.
Laser Tinh Thể (Ruby, Nd Và Nd-YAG)
Không giống như laser CO2, loại laser này là laser trạng thái rắn sử dụng các tinh thể tổng hợp làm môi trường phát sáng. Phổ biến nhất là tinh thể YAG (Y3Al5O12) được pha tạp với 1% neodymium (Nd3+) bị ion hóa.
Các ion Nd trong tinh thể này thay thế các ion Y trong cấu trúc tinh thể. Các thanh có chiều dài khoảng 10 cm và đường kính từ 6 đến 9 cm. Các đầu của thanh YAG được đánh bóng và phủ một vật liệu có độ phản chiếu cao đóng vai trò như một hệ thống cộng hưởng.
Một đèn flash krypton hoặc điốt laze đạt được khả năng bơm laze. Việc bơm laze này kích thích các ion neodymium lên mức năng lượng cao hơn. Sau một thời gian, các ion neodymium bị kích thích chuyển sang trạng thái thấp hơn, ổn định hơn mà không phát ra photon. Quá trình này tiếp tục cho đến khi môi trường chứa đầy các ion Nd bị kích thích. Từ trạng thái suy thoái, ion Nd phát ra ánh sáng hồng ngoại ở bước sóng 1064 nm.
Laser Sợi Quang
Laser sợi quang là một dạng laser mới hơn phát ra ánh sáng bằng cách sử dụng sợi quang thay vì khí (laser CO2) hoặc tinh thể ( laser Nd-YAG ). Vì sử dụng sợi quang nên laser sợi quang là laser trạng thái rắn hoạt động tương tự như laser tinh thể.
Sợi quang được pha tạp với các nguyên tố như erbium và ytterbium. Erbium tạo ra ánh sáng trong khoảng 1528 đến 1620 nm. Mặt khác, ytterbium tạo ra ánh sáng ở 1030 nm, 1064 nm và 1080 nm.
Được biết, khi ánh sáng đi qua một sợi quang học, nó sẽ ở bên trong với mức tiêu hao năng lượng tối thiểu. Điều này làm cho sợi quang ổn định hơn so với các loại khác yêu cầu căn chỉnh chính xác.
Ưu Điểm Của Máy Cắt Laser
Độ Chính Xác Và Độ Chính Xác Cao
Laser sử dụng một chùm ánh sáng tập trung để cắt các vật thể với độ chính xác cực cao. Tia laser rất mạnh và nhỏ, nhưng nó làm tan chảy và làm bay hơi vật liệu với độ chính xác vô song. Hầu hết thời gian, dung sai laser nằm trong khoảng từ 0,003 mm đến 0,006 mm.
Máy cắt plasma có mức sai số khoảng 0,02 mm, cao hơn so với cắt laser. Tương tự, các dụng cụ cắt khác có mức dung sai từ 1 đến 3 mm hoặc thậm chí cao hơn. Giả sử rằng một máy có độ chính xác và độ chính xác cao được yêu cầu trong quá trình sản xuất.
Trong trường hợp này, công cụ được ưu tiên thường là máy cắt laser. Do đó, ngành công nghiệp hàng không vũ trụ sử dụng cắt laser, đòi hỏi mức dung sai chặt chẽ.
Chi Phí Thấp Hơn Và Giá Cả Phải Chăng Hơn
Cắt laser có lợi thế kinh tế hơn so với các máy CNC khác cùng cỡ, đây là một trong những lợi thế của công nghệ laser. Các công cụ tùy chỉnh không còn cần thiết nữa nhờ công nghệ cắt laser. Bạn cũng không cần sửa đổi thiết bị cho bất kỳ dự án nào vì không cần thêm dụng cụ cắt.
Ngoài ra, không có tiếp xúc vật lý nên bề mặt không bị hao mòn. Bởi vì máy cắt laser có ít bộ phận cơ khí, chúng ít tốn kém hơn để bảo trì so với các công nghệ xử lý khác. Chi phí vận hành của máy cũng sẽ thấp hơn so với các công cụ sản xuất truyền thống.
Đối Với Những Công Việc Cực Kỳ Phức Tạp
Nhiều nhiệm vụ có thể quá phức tạp đối với các công nghệ cắt khác sẽ trở nên đơn giản đối với máy cắt laser; công nghệ laser có thể hoạt động trên các cạnh mỏng nhất của vật liệu. Mặc dù khu vực cắt có thể bị biến dạng hoặc xoắn một chút, nhưng bạn có thể tạo ra các hình dạng phức tạp một cách nhanh chóng bằng máy cắt laser. Cắt laser có mức dung sai rộng và có thể chứa các vật liệu khác nhau.
Sử Dụng Vật Liệu Ít Lãng Phí
Khi bạn cắt vật liệu bằng máy cắt laser, chỉ một lượng rất nhỏ vật liệu bị lãng phí. Điều này làm cho máy cắt laser nổi bật so với các máy khác với một phần vật liệu đáng kể. Với máy cắt laser, các nhà sản xuất có thể tối đa hóa việc sử dụng vật liệu. Khi các nguồn lực được sử dụng hiệu quả hơn, ít lãng phí nguyên vật liệu hơn và giảm chi phí sản xuất.
Phòng Ngừa Thiệt Hại
Một lợi ích khác của việc cắt laser là tránh hư hỏng, ngay cả đối với những vật liệu nhỏ nhất. Nhiều người có xu hướng tin vào những thông tin sai lệch về máy, cho rằng sự biến dạng hoặc hư hỏng vật liệu là không thể tránh khỏi.
Niềm tin phổ biến này cho rằng nhiệt độ cao được sử dụng trong quá trình cắt laser. Bạn cần lưu ý rằng nhiệt chỉ ảnh hưởng đến một vùng vật liệu nhỏ và không ảnh hưởng đến dung sai. Việc cắt các tấm bằng laser diễn ra nhanh chóng đáng kinh ngạc, vì vậy thời gian cần thiết để cắt sẽ ít hơn. Nhờ đó, nhà sản xuất có thể dễ dàng tránh được tình trạng cong vênh, biến dạng.
Tiêu Thụ Ít Điện Năng
Sẽ rất hữu ích nếu bạn có nhiều sức mạnh để đạt được thành công trong cuộc sống thực. Tuy nhiên, máy cắt laser không có bất kỳ bộ phận chuyển động nào khác, giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng. Ngược lại, máy có các bộ phận chuyển động có xu hướng tiêu thụ nhiều năng lượng hơn. Ngoài ra, máy cắt laser cắt vật liệu trong thời gian rất nhanh. Điều này giúp tiết kiệm thời gian và điện năng. Khi tiêu thụ ít năng lượng hơn, chi phí vận hành cũng giảm.
Khả Năng Tương Thích Với Nhiều Loại Vật Liệu
Thật thú vị khi lưu ý rằng chiếc máy này có thể hoạt động trên nhiều chất liệu khác nhau. Ngoài việc cắt vật liệu, cắt laser còn giúp thực hiện các quy trình khác như đánh dấu, khoan và khắc. Điều đáng chú ý là bạn không cần phải chuyển đổi hoặc thay đổi công cụ để thực hiện tất cả các công việc khác nhau này.
Cắt laser không chỉ giới hạn trong việc cắt kim loại. Các vật liệu cắt laser khác bao gồm gỗ, nhôm, nhựa, đồng và đồng thau. Cắt laser là một quy trình linh hoạt vì nó có thể dễ dàng cắt hầu hết các loại vật liệu khác nhau.
Nhược Điểm Của Máy Cắt Laser
Mặc dù cắt laser có nhiều lợi ích nhưng nó cũng có một số nhược điểm mà bạn cần lưu ý. Chúng tôi sẽ thảo luận về một số trong số họ dưới đây.
Việc cắt nhựa bằng laser tạo ra khói độc và yêu cầu thông gió, đây có thể là một nhiệm vụ tốn kém.
Việc cắt laser hiệu quả cũng phụ thuộc vào độ dày của chi tiết, vật liệu được cắt và loại laser được sử dụng. Nếu không được chăm sóc thích hợp, vật liệu cắt có thể bị cháy và một số kim loại có thể bị đổi màu trừ khi sử dụng cường độ laser chính xác. Mặc dù cắt plasma vẫn có thể cắt các tấm dày hơn so với cắt laser, nhưng những tiến bộ trong công nghệ laser có nghĩa là khoảng cách này đang được thu hẹp, mặc dù chi phí máy móc vẫn còn cao.
Cuối cùng, mặc dù đây là một quy trình tự động, nhưng việc vận hành và bảo trì cần có sự tham gia của con người và có nguy cơ bị bỏng nghiêm trọng nếu người vận hành tiếp xúc với tia laser.
Ứng Dụng Cắt Laser
Như đã nói trước đây, cắt laser là một lĩnh vực thú vị luôn phát triển. Dưới đây là một số ứng dụng cắt laser phổ biến nhất hiện nay.
Công Nghiệp Ô Tô
Cắt laser đã tìm thấy chỗ đứng trong ngành công nghiệp ô tô nhờ khả năng tái tạo các bộ phận với tốc độ và độ chính xác tương đối. Tái tạo chính xác các bộ phận có hình dạng và kích cỡ khác nhau là rất quan trọng trong lĩnh vực ô tô. Cắt laser được sử dụng để cắt kim loại và nhựa để tạo thành các bộ phận cơ thể, linh kiện điện tử, vỏ nội thất và nút cho ô tô.
Ngoài ra, máy cắt laser có thể khắc các nút trên nội thất ô tô để cho phép ánh sáng chiếu qua và ghi lại số sê-ri và số bộ phận trên các bộ phận được sản xuất. Khuôn được sử dụng để cắt các bộ phận khác nhau cũng có thể được cắt bằng tia laser.
Cắt laser phù hợp để cắt các bộ phận được tạo hình bằng thủy lực. Đây thường là những ống chắc chắn hỗ trợ cho việc chế tạo phương tiện. Thông thường, những bộ phận này được sử dụng để tạo khung động cơ hoặc bảng điều khiển.
Công Nghiệp Khuôn Mẫu Và Dụng Cụ
Như đã lưu ý trước đây, cắt laser có thể được sử dụng để tạo khuôn cho các bộ phận trùng lặp. Bằng cách sử dụng khả năng của tia laze để cắt các độ sâu khác nhau của kim loại, có thể tạo ra các khuôn cực kỳ chính xác cho các bộ phận được dập có thể được sử dụng một cách nhất quán thông qua quy trình cắt khuôn lặp đi lặp lại.
Nhân đôi khuôn bằng cắt laser cũng là một quá trình nhanh chóng và chính xác.
Khuôn ép phun có thể được chế tạo với độ chính xác tương tự như khuôn sử dụng cắt laser.
Điều này đơn giản hóa quy trình tạo khuôn và làm cho quy trình tái tạo khuôn chính xác trở nên nhanh hơn và tốn kém hơn nhiều.
Trong sản xuất công cụ, máy cắt laser có thể được sử dụng để đánh dấu và khắc trong ngành công nghiệp ô tô và để chế tạo các dụng cụ cầm tay đơn giản. Tốc độ của máy cắt laser thậm chí có thể làm cho chúng tốt hơn so với cắt theo khuôn trên kim loại cứng. Do tính linh hoạt của việc sử dụng vật liệu, bạn thậm chí có thể khắc laze logo công ty và thông tin công cụ trên tay cầm cao su của hầu hết các công cụ.
Ngành Kim Hoàn
Độ chính xác của việc cắt laser giúp dễ dàng sử dụng trong các quy trình chế tác đồ trang sức. Ví dụ, hãy tưởng tượng một chiếc đồng hồ có nhiều bánh răng nhỏ. Laser được cắt với độ chính xác để tạo ra các bánh răng ít lãng phí và thời gian sản xuất hơn. Ngoài ra, khả năng khắc của laser cho phép các bộ phận được đánh dấu trong quá trình sản xuất.
Bởi vì laser có thể cắt hình dạng và độ dày chính xác, cắt laser cũng có thể được sử dụng để làm đồ trang sức. Có thể dễ dàng tạo ra một chiếc nhẫn hoặc vòng đeo tay có chiều rộng, chiều sâu và đường kính chính xác bằng tia laser. Laser cũng có thể khắc các thiết kế và chữ khắc trên bề mặt bên trong hoặc bên ngoài.
Sản Xuất Thiết Bị Y Tế
Ưu điểm đáng kể nhất của cắt laser trong ngành y tế là phẫu thuật laser và chế tạo các sản phẩm y tế.
Phẫu thuật laser cho phép các bác sĩ phẫu thuật thực hiện các vết cắt chính xác và bệnh nhân hồi phục nhanh hơn. Các bộ phận cắt bằng laser được sử dụng để sản xuất các thiết bị y tế giúp cải thiện chất lượng cuộc sống cho bệnh nhân. Ví dụ: ống đỡ động mạch, khung van, kẹp mạch máu, bản lề xương, trục linh hoạt và mũi doa đều được làm từ các bộ phận cắt bằng laze.
Sản Xuất Gốm Sứ
Gốm sứ có nhiều phẩm chất khác nhau cho phép các kỹ sư sử dụng chúng trong các ứng dụng khác nhau. Độ dẫn điện và nhiệt thấp khiến chúng trở thành chất cách điện tuyệt vời. Chúng không phản ứng với các hóa chất khác, có nhiệt độ nóng chảy cao và cực kỳ bền.
Laser thường được sử dụng để cắt gốm vì chúng giảm thời gian xử lý mà không làm giảm chất lượng cạnh. Động cơ phản lực của máy bay, động cơ điện, loa, tai nghe, máy phát điện của nhà máy điện, nồi cơm điện và thậm chí cả đèn sợi đốt đều có các bộ phận bằng gốm.
Sản Xuất Silicon
Một vật liệu khác có thể được hưởng lợi từ việc cắt laser là silicon, có nhiều ứng dụng. Cắt chính xác cho phép các kỹ sư sản xuất các bộ phận silicon nhỏ hơn so với các bộ phận được tạo ra bằng các phương pháp cắt khác.
Silicon có khả năng chịu nhiệt độ cao và lão hóa, đồng thời rất dễ gia công. Các ứng dụng điển hình của silicon được tìm thấy trong máy tính, điện tử, dệt may, sản phẩm gia dụng, ô tô và xây dựng.
Phần Kết Luận
Sự ra đời của cắt laser đã mang lại những lợi ích có giá trị cho ngành sản xuất. Máy giúp cắt được nhiều loại vật liệu trong một khoảng thời gian nên tiết kiệm thời gian, giảm chi phí vận hành. Hiểu được những ưu và nhược điểm của cắt laser sẽ giúp bạn đưa ra lựa chọn tốt nhất cho dự án của mình.
