Laser lần đầu tiên được sử dụng để cắt vào những năm 1970. Trong dây chuyền sản xuất công nghiệp hiện đại, cắt laser được sử dụng rộng rãi hơn trong kim loại tấm, nhựa, thủy tinh, gốm sứ, chất bán dẫn, dệt may, gỗ và giấy và chế biến vật liệu khác.
Trong vài năm tới, việc áp dụng cắt laser trong lĩnh vực gia công chính xác và gia công vi mô cũng sẽ đạt được sự tăng trưởng đáng kể.
Cắt laser
Khi chùm tia laser tập trung chạm vào phôi, nhiệt độ của khu vực chiếu xạ sẽ tăng mạnh để làm tan chảy hoặc làm bay hơi vật liệu. Khi chùm tia laser xuyên qua phôi, quá trình cắt bắt đầu: chùm tia laser di chuyển dọc theo đường viền trong khi làm tan chảy vật liệu. Thông thường một tia không khí được sử dụng để thổi tan chảy khỏi vết mổ, để lại một khoảng cách hẹp giữa phần cắt và khung tấm, gần như rộng như chùm tia laser tập trung.
Cắt ngọn lửa
Cắt ngọn lửa là một quá trình tiêu chuẩn được sử dụng khi cắt thép nhẹ, sử dụng oxy làm khí cắt. Oxy được điều áp lên đến 6 thanh và sau đó thổi vào vết mổ. Ở đó, kim loại nóng phản ứng với oxy: nó bắt đầu cháy và oxy hóa. Phản ứng hóa học giải phóng một lượng lớn năng lượng (lên đến năm lần năng lượng laser) để hỗ trợ chùm tia laser trong việc cắt.
Cắt fusion
Cắt tan chảy là một quá trình tiêu chuẩn khác được sử dụng khi cắt kim loại. Nó cũng có thể được sử dụng để cắt các vật liệu fusible khác, chẳng hạn như gốm sứ.
Nitơ hoặc argon được sử dụng làm khí cắt, và khí có áp suất 2-20 bar được thổi qua vết mổ. Argon và nitơ là khí trơ, có nghĩa là chúng không phản ứng với kim loại nóng chảy trong vết mổ, mà chỉ thổi chúng xuống đáy. Đồng thời, khí trơ có thể bảo vệ cạnh cắt khỏi quá trình oxy hóa không khí.
Cắt khí nén
Khí nén cũng có thể được sử dụng để cắt các tấm mỏng. Áp suất không khí đến thanh 5-6 là đủ để thổi bay kim loại nóng chảy trong vết mổ. Vì gần 80% không khí là nitơ, cắt khí nén về cơ bản là cắt hợp nhất.
Cắt hỗ trợ plasma
Nếu các thông số được chọn đúng cách, các đám mây plasma sẽ xuất hiện trong sự nóng chảy và cắt vết mổ được hỗ trợ bởi huyết tương. Đám mây plasma bao gồm hơi kim loại ion hóa và khí cắt ion hóa. Đám mây plasma hấp thụ năng lượng của laser CO2 và biến nó thành phôi, để nhiều năng lượng hơn được kết hợp với phôi, và vật liệu sẽ tan chảy nhanh hơn, dẫn đến cắt nhanh hơn. Do đó, quá trình cắt này còn được gọi là cắt plasma tốc độ cao.
Đám mây plasma thực sự trong suốt với laser rắn, vì vậy việc nóng chảy và cắt hỗ trợ plasma chỉ có thể sử dụng laser CO2.
Cắt bốc hơi
Cắt bốc hơi làm bay hơi vật liệu, giảm thiểu hiệu ứng nhiệt trên các vật liệu xung quanh càng nhiều càng tốt. Hiệu quả trên có thể đạt được bằng cách sử dụng xử lý laser CO2 liên tục để bay hơi vật liệu với nhiệt độ thấp và hấp thụ cao, chẳng hạn như màng nhựa mỏng và các vật liệu truyền nhiễm như gỗ, giấy và bọt.
Laser xung ultrashort cho phép công nghệ này được áp dụng cho các vật liệu khác. Các electron tự do trong kim loại hấp thụ laser và nóng lên dữ dội. Xung laser không phản ứng với các hạt nóng chảy và plasma, vật liệu trực tiếp thăng hoa và không có thời gian để truyền năng lượng đến các vật liệu xung quanh dưới dạng nhiệt. Khi xung picosecond làm tổn thương vật liệu, không có hiệu ứng nhiệt rõ ràng, không có sự nóng chảy và hình thành burr.
Thông số: điều chỉnh quá trình xử lý
Nhiều thông số ảnh hưởng đến quá trình cắt laser, một số phụ thuộc vào hiệu suất kỹ thuật của laser và máy công cụ, trong khi những thông số khác là thay đổi.
Mức độ phân cực
Mức độ phân cực cho biết tỷ lệ phần trăm ánh sáng laser được chuyển đổi. Mức độ phân cực điển hình thường là khoảng 90%. Điều này là đủ để cắt chất lượng cao.
Đường kính lấy nét
Đường kính tiêu cự ảnh hưởng đến chiều rộng của vết mổ, và đường kính tiêu cự có thể được thay đổi bằng cách thay đổi độ dài tiêu cự của ống kính lấy nét. Đường kính tiêu cự nhỏ hơn có nghĩa là vết mổ hẹp hơn.
Vị trí lấy nét
Vị trí tiêu cự xác định đường kính của chùm tia và mật độ công suất trên bề mặt phôi và hình dạng của vết mổ.
Công suất laser
Công suất laser phải phù hợp với loại xử lý, loại vật liệu và độ dày. Công suất phải đủ cao để mật độ năng lượng trên phôi vượt quá ngưỡng xử lý.
Chế độ hoạt động
Chế độ liên tục chủ yếu được sử dụng để cắt các đường viền tiêu chuẩn của kim loại và nhựa từ milimet đến cm kích thước. Để làm tan chảy lỗ thủng hoặc tạo ra một đường viền chính xác, một laser xung tần số thấp được sử dụng.
Tốc độ cắt
Công suất laser và tốc độ cắt phải phù hợp với nhau. Tốc độ cắt quá nhanh hoặc quá chậm sẽ dẫn đến tăng độ nhám và hình thành burr.
Đường kính vòi phun
Đường kính của vòi phun xác định dòng chảy và hình dạng của khí phun ra từ vòi phun. Vật liệu càng dày, đường kính của máy bay phản lực khí càng lớn, và tương ứng, đường kính của vòi phun càng lớn.
Độ tinh khiết và áp suất khí
Oxy và nitơ thường được sử dụng làm khí cắt. Độ tinh khiết và áp suất không khí ảnh hưởng đến hiệu ứng cắt.
Khi sử dụng cắt ngọn lửa oxy, độ tinh khiết của khí cần đạt 99,95%. Tấm thép càng dày, áp suất khí được sử dụng càng thấp.
Khi sử dụng nitơ để nóng chảy và cắt, độ tinh khiết của khí cần đạt 99,995% (lý tưởng là 99,999%), và áp suất không khí cao hơn là cần thiết để làm tan chảy và cắt các tấm thép dày.
Bảng dữ liệu kỹ thuật
Trong giai đoạn đầu của cắt laser, người dùng phải tự quyết định cài đặt các thông số xử lý thông qua hoạt động thử nghiệm. Bây giờ, các thông số xử lý trưởng thành được lưu trữ trong thiết bị điều khiển của hệ thống cắt. Đối với mỗi loại vật liệu và độ dày, có dữ liệu tương ứng. Bảng thông số kỹ thuật cho phép ngay cả những người không quen thuộc với công nghệ này vận hành thiết bị cắt laser một cách trơn tru.
Các yếu tố đánh giá chất lượng cắt laser
Có nhiều tiêu chí để đánh giá chất lượng của các cạnh cắt laser. Các tiêu chuẩn như dạng burr, trầm cảm và ngũ cốc có thể được đánh giá bằng mắt thường; độ thẳng đứng, độ nhám và chiều rộng cắt cần được đo bằng các dụng cụ đặc biệt. Lắng đọng vật liệu, ăn mòn, khu vực bị ảnh hưởng nhiệt và biến dạng cũng là những yếu tố quan trọng để đo chất lượng cắt laser.
Khách hàng tiềm năng rộng lớn
Sự thành công liên tục của cắt laser vượt xa hầu hết các công ty khác. Xu hướng này tiếp tục cho đến ngày hôm nay. Trong tương lai, triển vọng ứng dụng cắt laser sẽ ngày càng trở nên rộng hơn.
Cắt laser
Khi chùm tia laser tập trung chạm vào phôi, nhiệt độ của khu vực chiếu xạ sẽ tăng mạnh để làm tan chảy hoặc làm bay hơi vật liệu. Khi chùm tia laser xuyên qua phôi, quá trình cắt bắt đầu: chùm tia laser di chuyển dọc theo đường viền trong khi làm tan chảy vật liệu. Thông thường một tia không khí được sử dụng để thổi tan chảy khỏi vết mổ, để lại một khoảng cách hẹp giữa phần cắt và khung tấm, gần như rộng như chùm tia laser tập trung.
Cắt ngọn lửa
Cắt ngọn lửa là một quá trình tiêu chuẩn được sử dụng khi cắt thép nhẹ, sử dụng oxy làm khí cắt. Oxy được điều áp lên đến 6 thanh và sau đó thổi vào vết mổ. Ở đó, kim loại nóng phản ứng với oxy: nó bắt đầu cháy và oxy hóa. Phản ứng hóa học giải phóng một lượng lớn năng lượng (lên đến năm lần năng lượng laser) để hỗ trợ chùm tia laser trong việc cắt.
Cắt fusion
Cắt tan chảy là một quá trình tiêu chuẩn khác được sử dụng khi cắt kim loại. Nó cũng có thể được sử dụng để cắt các vật liệu fusible khác, chẳng hạn như gốm sứ.
Nitơ hoặc argon được sử dụng làm khí cắt, và khí có áp suất 2-20 bar được thổi qua vết mổ. Argon và nitơ là khí trơ, có nghĩa là chúng không phản ứng với kim loại nóng chảy trong vết mổ, mà chỉ thổi chúng xuống đáy. Đồng thời, khí trơ có thể bảo vệ cạnh cắt khỏi quá trình oxy hóa không khí.
Cắt khí nén
Khí nén cũng có thể được sử dụng để cắt các tấm mỏng. Áp suất không khí đến thanh 5-6 là đủ để thổi bay kim loại nóng chảy trong vết mổ. Vì gần 80% không khí là nitơ, cắt khí nén về cơ bản là cắt hợp nhất.
Cắt hỗ trợ plasma
Nếu các thông số được chọn đúng cách, các đám mây plasma sẽ xuất hiện trong sự nóng chảy và cắt vết mổ được hỗ trợ bởi huyết tương. Đám mây plasma bao gồm hơi kim loại ion hóa và khí cắt ion hóa. Đám mây plasma hấp thụ năng lượng của laser CO2 và biến nó thành phôi, để nhiều năng lượng hơn được kết hợp với phôi, và vật liệu sẽ tan chảy nhanh hơn, dẫn đến cắt nhanh hơn. Do đó, quá trình cắt này còn được gọi là cắt plasma tốc độ cao.
Đám mây plasma thực sự trong suốt với laser rắn, vì vậy việc nóng chảy và cắt hỗ trợ plasma chỉ có thể sử dụng laser CO2.
Cắt bốc hơi
Cắt bốc hơi làm bay hơi vật liệu, giảm thiểu hiệu ứng nhiệt trên các vật liệu xung quanh càng nhiều càng tốt. Hiệu quả trên có thể đạt được bằng cách sử dụng xử lý laser CO2 liên tục để bay hơi vật liệu với nhiệt độ thấp và hấp thụ cao, chẳng hạn như màng nhựa mỏng và các vật liệu truyền nhiễm như gỗ, giấy và bọt.
Laser xung ultrashort cho phép công nghệ này được áp dụng cho các vật liệu khác. Các electron tự do trong kim loại hấp thụ laser và nóng lên dữ dội. Xung laser không phản ứng với các hạt nóng chảy và plasma, vật liệu trực tiếp thăng hoa và không có thời gian để truyền năng lượng đến các vật liệu xung quanh dưới dạng nhiệt. Khi xung picosecond làm tổn thương vật liệu, không có hiệu ứng nhiệt rõ ràng, không có sự nóng chảy và hình thành burr.
Thông số: điều chỉnh quá trình xử lý
Nhiều thông số ảnh hưởng đến quá trình cắt laser, một số phụ thuộc vào hiệu suất kỹ thuật của laser và máy công cụ, trong khi những thông số khác là thay đổi.
Mức độ phân cực
Mức độ phân cực cho biết tỷ lệ phần trăm ánh sáng laser được chuyển đổi. Mức độ phân cực điển hình thường là khoảng 90%. Điều này là đủ để cắt chất lượng cao.
Đường kính lấy nét
Đường kính tiêu cự ảnh hưởng đến chiều rộng của vết mổ, và đường kính tiêu cự có thể được thay đổi bằng cách thay đổi độ dài tiêu cự của ống kính lấy nét. Đường kính tiêu cự nhỏ hơn có nghĩa là vết mổ hẹp hơn.
Vị trí lấy nét
Vị trí tiêu cự xác định đường kính của chùm tia và mật độ công suất trên bề mặt phôi và hình dạng của vết mổ.
Công suất laser
Công suất laser phải phù hợp với loại xử lý, loại vật liệu và độ dày. Công suất phải đủ cao để mật độ năng lượng trên phôi vượt quá ngưỡng xử lý.
Chế độ hoạt động
Chế độ liên tục chủ yếu được sử dụng để cắt các đường viền tiêu chuẩn của kim loại và nhựa từ milimet đến cm kích thước. Để làm tan chảy lỗ thủng hoặc tạo ra một đường viền chính xác, một laser xung tần số thấp được sử dụng.
Tốc độ cắt
Công suất laser và tốc độ cắt phải phù hợp với nhau. Tốc độ cắt quá nhanh hoặc quá chậm sẽ dẫn đến tăng độ nhám và hình thành burr.
Đường kính vòi phun
Đường kính của vòi phun xác định dòng chảy và hình dạng của khí phun ra từ vòi phun. Vật liệu càng dày, đường kính của máy bay phản lực khí càng lớn, và tương ứng, đường kính của vòi phun càng lớn.
Độ tinh khiết và áp suất khí
Oxy và nitơ thường được sử dụng làm khí cắt. Độ tinh khiết và áp suất không khí ảnh hưởng đến hiệu ứng cắt.
Khi sử dụng cắt ngọn lửa oxy, độ tinh khiết của khí cần đạt 99,95%. Tấm thép càng dày, áp suất khí được sử dụng càng thấp.
Khi sử dụng nitơ để nóng chảy và cắt, độ tinh khiết của khí cần đạt 99,995% (lý tưởng là 99,999%), và áp suất không khí cao hơn là cần thiết để làm tan chảy và cắt các tấm thép dày.
Bảng dữ liệu kỹ thuật
Trong giai đoạn đầu của cắt laser, người dùng phải tự quyết định cài đặt các thông số xử lý thông qua hoạt động thử nghiệm. Bây giờ, các thông số xử lý trưởng thành được lưu trữ trong thiết bị điều khiển của hệ thống cắt. Đối với mỗi loại vật liệu và độ dày, có dữ liệu tương ứng. Bảng thông số kỹ thuật cho phép ngay cả những người không quen thuộc với công nghệ này vận hành thiết bị cắt laser một cách trơn tru.
Các yếu tố đánh giá chất lượng cắt laser
Có nhiều tiêu chí để đánh giá chất lượng của các cạnh cắt laser. Các tiêu chuẩn như dạng burr, trầm cảm và ngũ cốc có thể được đánh giá bằng mắt thường; độ thẳng đứng, độ nhám và chiều rộng cắt cần được đo bằng các dụng cụ đặc biệt. Lắng đọng vật liệu, ăn mòn, khu vực bị ảnh hưởng nhiệt và biến dạng cũng là những yếu tố quan trọng để đo chất lượng cắt laser.
Khách hàng tiềm năng rộng lớn
Sự thành công liên tục của cắt laser vượt xa hầu hết các công ty khác. Xu hướng này tiếp tục cho đến ngày hôm nay. Trong tương lai, triển vọng ứng dụng cắt laser sẽ ngày càng trở nên rộng hơn.
