Định nghĩa
Sự cắt bằng tia la-ze là phương pháp cắt nhiệt sử dụng chùm tia laser mật độ công suất cao tập trung để chiếu xạ vật liệu cần cắt, khiến vật liệu nóng lên nhanh chóng và đạt đến điểm bắt lửa, sau đó nóng chảy, cắt, bốc hơi và bốc hơi để tạo thành các lỗ. Khi chùm tia di chuyển qua vật liệu, các lỗ phát triển thành các khe hẹp hơn và đồng thời, vật liệu nóng chảy bị thổi bay bởi khí làm việc áp suất cao để hoàn thành một vết cắt mịn và sạch.
Nguyên tắc
Tia laser sử dụng sự kích thích vật chất để tạo ra chùm tia. Chùm tia này có nhiệt độ mạnh. Khi tiếp xúc với vật liệu, nó có thể nhanh chóng tan chảy trên bề mặt vật liệu để tạo thành một lỗ. Theo chuyển động của điểm đăng ký, vết cắt được hình thành. So với phương pháp cắt truyền thống, phương pháp cắt có khe hở nhỏ hơn và có thể tiết kiệm hầu hết vật liệu. Tuy nhiên, phân tích được xác định theo hiệu ứng cắt. Vật liệu được cắt theo tia laser có hiệu ứng cắt thỏa đáng và độ chính xác cao. Điều này được thừa hưởng Ngoài những ưu điểm của tia laser, nó cũng không thể so sánh được với các phương pháp cắt thông thường.
Các loại
Cắt laser có 4 loại: cắt bốc hơi, cắt nóng chảy, cắt oxy, cắt vạch và cắt đứt có kiểm soát.
1. Cắt hóa hơi bằng laser
Sử dụng chùm tia laser mật độ năng lượng cao để làm nóng phôi, nhiệt độ tăng nhanh, đạt đến điểm sôi của vật liệu trong thời gian rất ngắn và vật liệu bắt đầu bốc hơi để tạo thành hơi nước. Tốc độ phun của những hơi này rất lớn và đồng thời với việc hơi được phun ra, một vết cắt được hình thành trong vật liệu. Nhiệt bốc hơi của vật liệu nói chung là rất lớn, vì vậy quá trình bốc hơi và cắt bằng laser đòi hỏi rất nhiều công suất và mật độ công suất.
Cắt bốc hơi chủ yếu được sử dụng cho các vật liệu kim loại và vật liệu phi kim loại cực mỏng (như giấy, vải, gỗ, nhựa và cao su, v.v.).
2. Cắt nóng chảy bằng laser
Trong quá trình cắt nóng chảy, vật liệu kim loại được nung chảy bằng cách nung nóng bằng laser, sau đó khí không oxy hóa (Ar, He, N, v.v.) được phun qua vòi phun đồng trục với chùm tia và kim loại lỏng được xả ra bằng áp suất khí mạnh để tạo thành vết cắt. Cắt nóng chảy bằng laser không cần phải làm bay hơi hoàn toàn kim loại và năng lượng cần thiết chỉ bằng 1/10 so với cắt bay hơi.
Cắt nóng chảy chủ yếu được sử dụng cho các vật liệu không dễ bị oxy hóa hoặc là kim loại hoạt động, chẳng hạn như thép không gỉ, titan, nhôm và hợp kim của chúng.
3. Cắt oxy bằng laser
Nguyên lý cắt oxy bằng laser tương tự như cắt oxyacetylene. Nó sử dụng chùm tia laser làm nguồn nhiệt gia nhiệt trước và khí hoạt động như oxy làm khí cắt. Một mặt, khí thổi tương tác với kim loại cắt để gây ra phản ứng oxy hóa và phát ra một lượng lớn nhiệt oxy hóa; mặt khác, oxit nóng chảy và chất nóng chảy được thổi ra khỏi vùng phản ứng để tạo thành vết cắt trên kim loại. Vì phản ứng oxy hóa trong quá trình cắt tạo ra rất nhiều nhiệt, nên năng lượng cần thiết để cắt oxy bằng laser chỉ 1/2 của quá trình cắt nóng chảy, và tốc độ cắt nhanh hơn nhiều so với quá trình cắt bốc hơi và cắt nóng chảy. Cắt oxy bằng 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 và kiểm soát gãy xương
Khắc laser sử dụng laser mật độ năng lượng cao để quét bề mặt vật liệu giòn, do đó vật liệu được làm nóng để bốc hơi một rãnh nhỏ, sau đó áp dụng một áp suất nhất định, vật liệu giòn sẽ nứt dọc theo rãnh nhỏ. Laser để khắc thường là Q-switched và CO2 laser.
Kiểm soát nứt gãy là việc sử dụng sự phân bố nhiệt độ dốc được tạo ra bởi rãnh laser, tạo ra ứng suất nhiệt cục bộ trong vật liệu giòn và phá vỡ vật liệu dọc theo rãnh nhỏ.
Tính năng
So với các phương pháp cắt nhiệt khác, cắt laser có đặc điểm là tốc độ cắt nhanh và chất lượng cao. Cụ thể tóm tắt như các khía cạnh sau.
1. Chất lượng cắt tốt
Do điểm cắt nhỏ, mật độ năng lượng cao và tốc độ cắt nhanh nên có thể đạt được chất lượng cắt cao.
a. Đường cắt hẹp, hai bên khe cắt song song và vuông góc với bề mặt, độ chính xác về kích thước của chi tiết cắt có thể đạt tới ±0.05mm.
b. Bề mặt cắt nhẵn và sạch, độ nhám bề mặt chỉ vài chục micron, không cần gia công cơ học, có thể sử dụng trực tiếp các chi tiết.
c. Sau khi vật liệu được cắt bằng laser, chiều rộng của vùng chịu nhiệt rất nhỏ, hiệu suất của vật liệu gần khe hở hầu như không bị ảnh hưởng, biến dạng phôi nhỏ, độ chính xác cắt cao, hình dạng hình học của khe hở tốt và hình dạng mặt cắt ngang của khe hở là hình chữ nhật đều đặn hơn.
2. Hiệu quả cắt cao
Do đặc điểm truyền động, máy cắt laser thường được trang bị nhiều bàn làm việc CNC, toàn bộ quá trình cắt có thể được điều khiển hoàn toàn bằng CNC. Trong quá trình vận hành, chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển số, có thể áp dụng để cắt các chi tiết có hình dạng khác nhau, cả cắt 2 chiều và cắt 3 chiều.
3. Tốc độ cắt nhanh
Sử dụng tia laser có công suất 1200W để cắt một 2mm tấm thép cacbon thấp dày, tốc độ cắt có thể đạt tới 600cm/phút; cắt một 5mm tấm nhựa polypropylene dày, tốc độ cắt có thể đạt 1200cm/phút. Vật liệu không cần kẹp và cố định trong quá trình cắt, không chỉ có thể tiết kiệm đồ gá dụng cụ mà còn tiết kiệm thời gian phụ trợ cho việc bốc xếp.
4. Cắt không tiếp xúc
Mỏ cắt không tiếp xúc với phôi, không có sự mài mòn dụng cụ. Đối với các bộ phận gia công có hình dạng khác nhau, không cần thay đổi "dụng cụ", chỉ cần thay đổi thông số đầu ra của laser. Quá trình cắt có tiếng ồn thấp, độ rung nhỏ và không gây ô nhiễm.
5. Có nhiều loại vật liệu cắt
So với cắt oxyacetylene và cắt plasma, có nhiều loại vật liệu có thể cắt bằng laser, bao gồm kim loại, phi kim loại, vật liệu composite gốc kim loại và phi kim loại, da, gỗ và sợi. Nhưng đối với các vật liệu khác nhau, do các tính chất nhiệt-vật lý khác nhau và tỷ lệ hấp thụ laser khác nhau, chúng cho thấy khả năng thích ứng khác nhau đối với cắt laser.
Ứng dụng
Hầu hết các máy cắt laser được điều khiển bằng chương trình CNC hoặc được chế tạo thành robot cắt. Là một phương pháp gia công chính xác, laser có thể cắt hầu hết mọi vật liệu, bao gồm cắt 2 chiều hoặc cắt 3 chiều các tấm kim loại mỏng.
Trong lĩnh vực sản xuất ô tô, công nghệ cắt các đường cong không gian như cửa sổ nóc xe đã được sử dụng rộng rãi. Công ty Volkswagen của Đức sử dụng tia laser có công suất 500W để cắt các tấm thân máy bay có hình dạng phức tạp và nhiều bộ phận cong khác nhau. Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, công nghệ laser được sử dụng để cắt các vật liệu hàng không đặc biệt, chẳng hạn như hợp kim titan, hợp kim nhôm, hợp kim niken, hợp kim crom, thép không gỉ, oxit berili, vật liệu composite, nhựa, gốm sứ và thạch anh. Các bộ phận hàng không vũ trụ được cắt bằng laser bao gồm ống lửa động cơ, vỏ hợp kim titan thành mỏng, khung máy bay, vỏ hợp kim titan, giàn cánh, tấm cánh đuôi, rôto chính của trực thăng, gạch cách nhiệt bằng gốm của tàu con thoi, v.v.
Công nghệ cắt laser cũng được sử dụng trong lĩnh vực vật liệu phi kim loại. Không chỉ có thể cắt các vật liệu có độ cứng và độ giòn cao, chẳng hạn như silicon nitride, gốm sứ, thạch anh, v.v.; mà còn có thể cắt và gia công các vật liệu mềm dẻo, chẳng hạn như vải, giấy, tấm nhựa, cao su, v.v., chẳng hạn như cắt quần áo bằng laser, có thể tiết kiệm quần áo 10% ~ 12%, nâng cao hiệu quả hơn 3 lần.
Xu hướng
1. Máy cắt laser sẽ tiếp tục cuộc cách mạng sản phẩm mang tính thời đại.
Nguồn laser là thành phần cốt lõi của máy cắt, và cũng là một chỉ số quan trọng quyết định loại và khả năng cắt của máy cắt laser. Không cần phải nói, những thay đổi trong tương lai của máy cắt laser cũng sẽ xảy ra ở nguồn laser. Như đã đề cập ở trên, việc thay thế CO2 Máy cắt laser bằng máy cắt laser sợi quang là cuộc cách mạng công nghệ quan trọng nhất trong 40 năm kể từ khi máy cắt laser ra đời, mang lại lợi ích kinh tế mang tính thời đại cho các nhà sản xuất và người dùng mới và cũ trong lĩnh vực này. Vậy, trong tương lai, liệu có nguồn sáng mới nào rẻ hơn laser sợi quang, hiệu suất tốt hơn, chế độ chùm tia tuyệt vời hơn, tỷ lệ chuyển đổi quang điện cao hơn hay tổng chi phí thấp hơn không? Câu trả lời tất nhiên là có. Vậy thì hãy hỏi, loại laser nào? Tất nhiên, hiện tại không thể đưa ra câu trả lời chính xác. Khoa học và công nghệ đôi khi chệch hướng, đôi khi là hàng nghìn dặm một ngày.
2. Laser sợi quang công suất cao sẽ trở thành thế lực chính trên thị trường cắt laser.
Ngày nay, máy cắt sợi quang với nhiều dải công suất khác nhau đã mở ra sự phát triển to lớn. Tuy nhiên, công suất chính của máy cắt laser trong tương lai ở đâu? Mặc dù các máy trong mỗi dải công suất đều có công dụng riêng, nhưng họ laser bắt đầu bằng laser sợi quang công suất cao và kích hoạt cuộc cách mạng công nghệ laser toàn cầu, coi công suất cao hơn, độ chính xác cao hơn và khả năng cắt lớn hơn là Một trong những hướng phát triển quan trọng của máy cắt laser sợi quang. STYLECNC gần đây đã ra mắt 15KW tốc độ cực cao máy cắt laser sợi, đã đạt được bước đột phá chưa từng có về tốc độ cắt và độ dày cắt, thu hút sự chú ý của ngành. Liệu điều này có chứa đựng xu hướng phát triển trong tương lai của máy cắt laser không? Các chuyên gia trong ngành, học giả và bạn bè người dùng đều đáng để mong đợi. Ngoài ra, chúng ta có thể tin tưởng rằng trong tương lai gần, nhiều nhà sản xuất máy cắt laser sợi trong và ngoài nước sẽ mở ra một cuộc cạnh tranh khốc liệt trên thị trường. Chỉ những công ty có chất lượng sản phẩm tuyệt vời, tập trung liên tục vào đầu tư R&D và nắm vững các công nghệ cạnh tranh cốt lõi mới có thể làm được như vậy và trở nên bất khả chiến bại.
3. Kỷ nguyên của trí thông minh đang đến.
Cho dù đó là Công nghiệp 4.0 ở Đức hay sản xuất thông minh ở Trung Quốc, cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 trong lĩnh vực công nghiệp đang đến gần. Là một Máy cắt laser CNC, máy cắt laser chắc chắn sẽ theo kịp thời đại và bay cùng công nghệ. Sự phát triển của tự động hóa máy cắt laser đã cải thiện đáng kể năng lực sản xuất và mức độ tự động hóa của xưởng kim loại tấm.
Trong tương lai, trên cơ sở này, một kỷ nguyên sản xuất thông minh của máy cắt laser đang hình thành trong các lĩnh vực công nghệ mạng, công nghệ truyền thông, công nghệ phần mềm máy tính và các lĩnh vực khác. Có thể thấy trước rằng với tư cách là phương tiện cắt kim loại tấm chính xác, nó chắc chắn sẽ sử dụng khả năng truyền thông mạng của riêng mình để giao tiếp với dây chuyền tháo cuộn tôn, máy uốn, máy đột CNC, cụm mối hàn (đinh tán), dây chuyền phun bi và phủ của nhà máy. Các thiết bị khác, được nhúng trong một kế hoạch sản xuất thống nhất, hệ thống quản lý nhiệm vụ và đánh giá, đã trở thành một phần quan trọng của hệ thống quản lý xưởng kim loại tấm. Do đó, các nhà sản xuất laser sẽ dần chuyển đổi thành nhà thầu chế tạo kim loại tấm.
