CÔNG NGHỆ CẮT LASER

CÔNG NGHỆ CẮT LASER

Cắt laser là một quá trình cắt nhiệt. Cùng với tác động của chùm tia laser, dòng khí sẽ thổi bay vật liệu xuống phía dưới (sẽ tan chảy hoặc hóa hơi) để tạo thành đường cắt.

• Lịch sử cắt laser

Ý tưởng về tia laser đến từ Albert Einstein, nhưng phải đến những năm 1960 ý tưởng này mới thành hiện thực. Kể từ đó đến nay, tia laser đã trở nên không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ. Laser là viết tắt của cụm từ “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”.

• Các thành phần của laser

Một tia laser bao gồm ba thành phần cơ bản:

• Nguồn năng lượng
• Phương tiện quang laser
• Bộ cộng hưởng

Nguồn năng lượng có nhiệm vụ “bơm” năng lượng vào hệ thống. Nguồn năng lượng có thể là điện, ánh sáng, nhiệt hoặc thậm chí là một tia laser khác. Năng lượng phải được cung cấp đủ vào môi trường laser để đảm bảo rằng số lượng các hạt ở trạng thái kích thích phải nhiều hơn số lượng các hạt ở trạng thái cơ bản. Ánh sáng của laser được tạo ra bởi chất phát xạ tự phát trong môi trường laser kích thích và được khuếch đại bởi phát xạ kích thích. Bộ cộng hưởng bao gồm hai gương cong (một trong hai gương cong sẽ trong suốt một phần). Bức xạ có nguồn gốc từ phát xạ tự phát có bước sóng, pha và hướng chính xác được phản xạ qua lại giữa chúng.

• Phạm vi cắt

Công nghệ cắt laser đã có những bước phát triển vượt bậc trong những năm gần đây. Nó vẫn được sử dụng chủ yếu trong phạm vi độ dày tương đối nhỏ. Tùy thuộc vào vật liệu và công suất của nguồn chùm tia, phạm vi cắt laser hiện nay dao động từ 0,5mm đến 30mm.

• Laser CO₂

Laser CO₂ thuộc nhóm laser khí và còn được gọi là laser carbon dioxide dựa trên hỗn hợp khí carbon dioxide, được kích thích bằng điện. Laser CO₂ với chất lượng cắt rất tốt không chỉ sử dụng cho các vật liệu kim loại mà còn cho các vật liệu phi kim loại như gỗ, dệt, nhựa, lá, acrylic, thủy tinh, giấy và da. Trái ngược với laser sợi quang, laser carbon dioxide cũng có thể được sử dụng để xử lý các tấm thép không gỉ dày hơn với chất lượng cắt tốt và tốc độ cắt cao. Laser CO₂ là loại laser đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ và cho chất lượng cao với nhiều độ dày vật liệu. Điểm bất lợi là chi phí vận hành và bảo trì tương đối cao đối với khí laser cũng như vật tư tiêu hao làm việc trong nguồn laser. Hiệu suất là khoảng 10%.

• Laser sợi quang (Fiber laser)

Laser sợi quang, là một dạng đặc biệt của laser trạng thái rắn đã được cải tiến. Laser sợi quang có chi phí vận hành và chi phí hao mòn thấp. Nhờ có bước sóng chùm ngắn hơn mười lần so với laser CO₂, laser sợi quang cũng thích hợp để cắt các vật liệu mà laser CO₂ khó hoặc không thể cắt, đặc biệt là kim loại màu (kim loại NF). Đối với vật liệu có độ dày lớn, đường kính tiêu điểm sẽ thay đổi so với laser CO₂. Các nguồn laser cũng có hiệu quả cao và tiêu thụ dòng điện đầu vào ít hơn đáng kể cho cùng một công suất. Hiệu suất khoảng 30%.

• Nd:YAG laser

Giống như laser sợi quang, laser Nd: YAG là laser trạng thái rắn và còn được gọi là laser tinh thể hoặc laser vanadate. Laser Nd: YAG là tên viết tắt của laser “neodymium-doped yttrium-aluminum-garnet” nghĩa là laser yttrium-nhôm-garnet pha tạp neodymium. Một tinh thể YAG được sử dụng làm tinh thể chủ. Công nghệ này ít được sử dụng để cắt laser mà thay vào đó là khắc, hàn và khoan vi mô. Kim loại, kim loại có lớp phủ và chất dẻo được xử lý bằng tia laser ở trạng thái rắn này. Tuy nhiên, trái ngược với laser sợi quang, công nghệ cắt này các điốt bơm có độ mòn cao. Ngoài ra, tuổi thọ của tinh thể YAG pha tạp neodymium ngắn hơn so với laser sợi quang.

• Các sản phẩm cắt laser

• Cắt laser được sử dụng ở đâu?

Do bức xạ laser có độ tập trung và tốc độ di chuyển cao, nhiệt đầu vào vật liệu bị giới hạn trong một vùng hẹp xác định, nghĩa là các thành phần không bị biến dạng nhiều trong quá trình cắt bằng laser, mang lại độ chính xác rất cao.

Cắt laser chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô, trong cơ khí chính xác, ngành công nghiệp bán dẫn hoặc sản xuất dụng cụ quang học. Công nghệ cắt này được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực công nghiệp liên quan đến gia công kim loại và công nghệ cắt nói chung. Các vật liệu được xử lý bao gồm từ cao su đến đá kim cương. Công nghệ cắt laser chủ yếu được sử dụng cho các loại thép lá, tấm thép không gỉ và cho các kim loại màu như nhôm và đồng thau. Các vật liệu thích hợp khác để cắt laser là titan, thủy tinh plexiglass hoặc thủy tinh acrylic, gỗ, đồng.

Công nghệ cắt laser được định sẵn để sử dụng trên hệ thống máy cắt CNC. Hệ thống cắt laser hiện đại kết hợp những ưu điểm của laser với khả năng gia công đa chức năng trên máy CNC. Laser CNC ngày nay cung cấp một loạt các tùy chọn cấu hình để gia công kim loại tấm, đường ống và kim loại định hình. Do đó, có thể cắt, khoan, khắc chìm, đánh dấu hoặc cắt vát.