Máy cắt khắc Laser

Những điều bạn nên biết về máy cắt khắc bằng laser

Trong ngành công nghiệp trang trí nội thất, làm bảng biển, biển hiệu… thì phương pháp cắt Laser được xem là kỹ thuật hiện đại và được sử dụng nhiều nhất. Máy cắt Laser là sản phẩm nổi trội mà chúng ta có thể kết nối với hệ thống máy tính điều khiển từ xa để cho ra đời những sản phẩm chất lượng nhất.

Máy cắt Laser là gì?

Thuật ngữ Laser là một từ viết tắt của sự khuếch đại ánh sáng bằng sự phát xạ kích thích. Về cơ bản, một chùm ánh sáng được phản chiếu qua một loạt các gương, hướng chùm tia xuống dưới qua một thấu kính hội tụ được thiết kế để tập trung ánh sáng vào nhiệt tại một điểm chính xác.

Nói chung cắt khắc laser là một quá trình chế tạo sử dụng chùm tia laser tập trung, công suất cao để cắt vật liệu thành các hình dạng và thiết kế tùy chỉnh. Quá trình này phù hợp với nhiều loại vật liệu, bao gồm kim loại, nhựa, gỗ, đá quý, thủy tinh và giấy, và có thể sản xuất các bộ phận chính xác, phức tạp mà không cần nhờ đến dụng cụ thiết kế tùy chỉnh.

Bằng việc thông qua chùm tia Laser để tiến hành cắt và khắc dấu lên các vật liệu để không bị bài mòn bề mặt của vật liệu đó khác với việc sử dụng dao cắt trong công nghệ cắt CNC. Do vậy mà không làm thay đổi tính chất vật lý cũng như không gây sự dồn ép lên các vật liệu gia công.

Các loại máy cắt Laser hiện nay đều có thể kết nối trực tiếp với máy tính bằng những phần mềm chuyên dụng. Phần mềm này có nhiệm vụ điều khiển hệ thống máy cắt, bằng cấu hình đã được chúng ta lập trình sẵn để cắt khắc vật liệu theo yêu cầu của khách hàng. Căn cứ vào nguồn laser được sử dụng mà sản phẩm này được chia thành 4 loại chính đó là:

• Máy laser CO2
• Laser Fiber
• Laser tinh thể
• Laser plasma

Đặc điểm của máy cắt Laser

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều dòng máy Laser  khác nhau để khách hàng có thể lựa chọn tùy theo nhu cầu sử dụng của mình. Và dù là máy thế hệ cũ hay mới thì đều sử dụng chùm tia Laser để gia công trên bề mặt kim loại. Chính vì thế mà chúng có những đặc điểm chung như sau:

• Tính đồng loạt cao: Các loại máy Laser hiện nay đều có thể kết nối với máy tính. Do vậy các sản phẩm cắt ra sẽ theo một khuôn mẫu sẵn nhất định với độ chính xác và đồng loạt gần như là tuyệt đối. Và dù phải hoạt động liên tục với công suất lớn cũng không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
• Kích thước các chùm tia laser nhỏ, có tính hội tụ cao và thường tập  trung vào một điểm. Yếu tố này giúp đánh bật kim loại ra khỏi bề mặt để tạo nên những thành phẩm đa dạng tùy theo yêu cầu của khách hàng.

• Máy được thiết kế hiện đại và sử dụng máy móc tiên tiến cho tần số ổn định, giúp hạn chế được tối đa sự rung lắc, gây nguy hiểm cho người đứng máy.

Quy trình hoạt động của máy cắt Laser

Cắt laser là một quá trình chế tạo dựa trên nhiệt, không tiếp xúc, thích hợp cho các vật liệu kim loại và phi kim loại. Để quá trình cắt laser hoạt động trơn tru và ở công suất tối ưu, cần xem xét một số yếu tố, chẳng hạn như cấu hình và cài đặt của máy cắt laser, vật liệu được cắt và các đặc tính của nó, và loại laser và khí hỗ trợ sử dụng.

Về quy trình hoạt động bạn có thể xem ở video này: https://www.youtube.com/watch?time_continue=14&v=l9kX9Z7Qyw4

Tổng quan về các thành phần và cơ học của máy cắt khắc Laser

Trái ngược với cắt cơ học, sử dụng các công cụ cắt và thiết bị chạy bằng điện và cắt bằng tia nước, sử dụng nước điều áp và vật liệu mài mòn, cắt laser sử dụng laser để tạo ra các vết cắt, khắc và đánh dấu. Mặc dù máy cắt laser thay đổi từ mô hình đến mô hình và ứng dụng đến ứng dụng, thiết lập điển hình bao gồm cụm cộng hưởng laser, gương và đầu cắt laser có chứa thấu kính hội tụ laser, cụm khí điều áp và vòi phun. Quá trình cắt laser cơ bản bao gồm các giai đoạn sau:

• Tạo chùm
• Chùm tập trung
• Sưởi ấm cục bộ và nóng chảy
• Phóng vật chất
• Chuyển động chùm

Mỗi giai đoạn là không thể thiếu cho quá trình cắt laser và khi được thực hiện đúng sẽ tạo ra một vết cắt chính xác.

• Tạo chùm

Thuật ngữ Laser, xuất phát từ khuếch đại ánh sáng bằng cách phát xạ kích thích. Về cơ bản, từ viết tắt này tóm tắt các nguyên tắc của kích thích và khuếch đại thế hệ laser. Cùng với các nguyên tắc này, bộ cộng hưởng laser sử dụng các quá trình phát xạ tự phát và phát xạ kích thích để tạo ra một chùm ánh sáng cường độ cao.

Phát xạ tự phát: Bộ cộng hưởng laser chứa môi trường laser hoạt động (ví dụ: CO 2 , Nd: YAG, v.v.), các electron được kích thích bởi một nguồn năng lượng bên ngoài, như đèn flash hoặc hồ quang điện. Khi môi trường tiếp nhận và hấp thụ năng lượng, các nguyên tử của nó trải qua một quá trình được gọi là phát xạ tự phát. Trong quá trình này, năng lượng được hấp thụ bởi một nguyên tử làm cho các electron của nguyên tử nhanh chóng nhảy lên mức năng lượng cao hơn và sau đó trở về trạng thái cơ bản. Khi các electron trở về trạng thái cơ bản, nguyên tử phát ra một photon ánh sáng.

Phát xạ kích thích: Các photon được tạo ra bởi sự phát xạ tự phát trong môi trường, được chứa trong một khoang của bộ cộng hưởng laser giữa hai gương. Một gương phản chiếu để giữ các photon truyền trong môi trường, vì vậy chúng tiếp tục truyền phát xạ kích thích và gương kia được truyền một phần để cho phép một số photon thoát ra. Phát xạ kích thích là quá trình trong đó một photon (tức là photon tới) kích thích một nguyên tử đã ở mức năng lượng cao hơn. Sự tương tác này buộc nguyên tử bị kích thích rơi xuống trạng thái cơ bản bằng cách phát ra một photon thứ hai có cùng bước sóng cố định hoặc kết hợp với photon tới.

Quá trình của một photon truyền phát xạ của một photon khác khuếch đại cường độ và cường độ của chùm sáng. Do đó, sự phát xạ kích thích của các photon ánh sáng (nghĩa là một loại bức xạ điện từ) gây ra sự khuếch đại ánh sáng; nói cách khác, khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích. Các photon được liên kết không chính xác trong bộ cộng hưởng đi qua gương truyền một phần mà không bị phản xạ vào môi trường, tạo ra chùm tia laser ban đầu. Sau khi được tạo ra, chùm tia đi vào đầu cắt laser và được các gương chiếu vào thấu kính hội tụ.

• Tập trung chùm tia

Thấu kính hội tụ tập trung chùm tia laser xuyên qua tâm vòi ở cuối sự cố đầu cắt laser đến bề mặt phôi. Bằng cách tập trung chùm tia, ống kính tập trung năng lượng của chùm tia vào một điểm nhỏ hơn, làm tăng cường độ của chùm tia ( I ). Phương trình sau đây minh họa nguyên tắc cơ bản đằng sau sự xuất hiện này:

Trong đó P đại diện cho công suất của chùm tia laser ban đầu và πr 2 đại diện cho diện tích mặt cắt ngang của chùm tia. Khi thấu kính hội tụ chùm tia laser, bán kính ( r ) của chùm tia giảm dần; sự giảm bán kính này làm giảm diện tích mặt cắt của chùm tia, do đó làm tăng cường độ của nó do công suất của nó hiện được phân phối trên một diện tích nhỏ hơn.

Chùm tia trong máy cắt laser

Khi quá trình gia nhiệt, nóng chảy hoặc hóa hơi cục bộ đã bắt đầu, máy sẽ di chuyển khu vực loại bỏ vật liệu qua phôi để tạo ra vết cắt hoàn toàn. Máy đạt được chuyển động bằng cách điều chỉnh gương phản chiếu, điều khiển đầu cắt laser hoặc thao tác với phôi. Có ba cấu hình khác nhau cho máy cắt laser, được xác định theo cách mà chùm tia laser di chuyển hoặc di chuyển trên vật liệu: vật liệu chuyển động, quang học bay và hệ thống cắt laser lai.

Vật liệu di chuyển: Máy cắt laser vật liệu chuyển động có chùm tia laser cố định và bề mặt cắt có thể di chuyển được gắn vật liệu. Các phôi được di chuyển cơ học xung quanh chùm đứng yên để tạo ra các vết cắt cần thiết. Cấu hình này cho phép khoảng cách chờ thống nhất và nhất quán và yêu cầu ít thành phần quang học hơn.

Flying Optics: Máy cắt laser quang học có đầu cắt laser di động và phôi gia công. Đầu cắt di chuyển chùm tia qua phôi đứng yên trong trục X và Y để tạo ra các vết cắt cần thiết. Tính linh hoạt của máy quang học bay phù hợp để cắt các vật liệu có độ dày và kích thước thay đổi, cũng như cho phép thời gian xử lý nhanh hơn. Tuy nhiên, vì chùm tia liên tục chuyển động, chiều dài chùm thay đổi phải được xem xét trong suốt quá trình. Độ dài chùm thay đổi có thể được kiểm soát bằng cách đối chiếu (căn chỉnh quang học), sử dụng trục độ dài chùm không đổi hoặc sử dụng hệ thống quang học thích nghi hoặc hệ thống kiểm soát chiều cao điện dung có khả năng điều chỉnh cần thiết trong thời gian thực.

Hybrid: Máy cắt laser lai cung cấp sự kết hợp của các thuộc tính được tìm thấy trên vật liệu chuyển động và máy quang học bay. Những máy này có bảng xử lý vật liệu di chuyển trên một trục (thường là trục X) và đầu laser di chuyển trên một trục khác (thường là trục Y). Các hệ thống hybrid cho phép phân phối chùm tia ổn định hơn, và giảm tổn thất điện năng và công suất lớn hơn trên mỗi watt so với các hệ thống quang học bay.

Laser được sản xuất dưới dạng chùm xung hoặc chùm sóng liên tục. Sự phù hợp của từng loại phụ thuộc vào tính chất của vật liệu được cắt và yêu cầu của các ứng dụng cắt laser. Các chùm xung được tạo ra như các chùm năng lượng đầu ra ngắn, trong khi các chùm sóng liên tục được tạo ra dưới dạng liên tục, công suất cao. Cái trước thích hợp để cắt các thiết kế tinh tế hoặc xuyên qua các vật liệu dày, trong khi cái sau phù hợp cho các ứng dụng cắt tốc độ cao và hiệu quả cao.

Các loại khí hỗ trợ trong cắt laser

Cắt laser sử dụng nhiều loại khí hỗ trợ trong quá trình cắt. Quá trình cắt được sử dụng và vật liệu được cắt xác định loại khí trợ giúp có thể là khí trơ hoặc khí phù hợp nhất để sử dụng.

Cắt khí trơ (nghĩa là cắt nhiệt hạch hoặc cắt khí trơ), như được chỉ định bởi tên, sử dụng các khí hỗ trợ trơ về mặt hóa học. Khí hỗ trợ cụ thể được sử dụng phụ thuộc vào đặc tính phản ứng của vật liệu. Ví dụ, vì nhựa nhiệt dẻo nóng chảy không phản ứng với nitơ và oxy, khí nén có thể được sử dụng làm khí hỗ trợ khi cắt laser các vật liệu như vậy. Mặt khác, vì titan nóng chảy không phản ứng với nitơ và oxy, argon hay một loại khí trơ hóa học tương tự khác phải được sử dụng làm khí hỗ trợ trong các ứng dụng cắt laser liên quan đến vật liệu này. Khi cắt laser thép không gỉ thông qua quá trình cắt khí trơ, nitơ thường được sử dụng làm khí hỗ trợ ( Điều này là do thép không gỉ nóng chảy phản ứng hóa học với oxy )

Khi vật liệu cắt laser thông qua quá trình cắt tan chảy, một khí hỗ trợ hoạt động (nghĩa là phản ứng hóa học), khí đốt thường được sử dụng để đẩy nhanh quá trình cắt. Trong khi cắt khí trơ, vật liệu được nung nóng, nóng chảy và bay hơi chỉ bằng năng lượng của laser, trong khí phản ứng cắt phản ứng giữa khí hỗ trợ và vật liệu tạo ra nhiệt bổ sung hỗ trợ quá trình cắt. Do phản ứng tỏa nhiệt này, việc cắt khí thường đòi hỏi mức năng lượng laser thấp hơn để cắt xuyên qua vật liệu so với mức năng lượng cần thiết khi cắt cùng một vật liệu thông qua quá trình cắt khí trơ.

Áp suất cắt của khí hỗ trợ được sử dụng cũng được xác định bởi các tính chất và độ dày của vật liệu được cắt. Ví dụ, các polyme thường yêu cầu áp suất khí phản lực là 2 bar6 trong quá trình cắt khí trơ, trong khi thép không gỉ yêu cầu áp suất khí của thanh 81414. Theo đó, vật liệu mỏng hơn thường yêu cầu áp suất thấp hơn và vật liệu dày hơn thường đòi hỏi áp lực lớn hơn. Trong quá trình cắt oxy hóa, điều ngược lại là đúng: vật liệu càng dày, áp suất cần thiết càng thấp và vật liệu càng mỏng thì áp suất yêu cầu càng cao.

Vật liệu sử dụng cho máy cắt laser

Cắt laser phù hợp với nhiều loại vật liệu kim loại và phi kim loại , bao gồm nhựa , gỗ, đá quý, thủy tinh và giấy . Như đã đề cập trong các phần trước, loại vật liệu được cắt và tính chất của nó phần lớn quyết định cơ chế cắt tối ưu, cắt khí và cắt áp suất khí, và máy laser để sử dụng cho ứng dụng cắt laser.

Bảng 1 – Sự phù hợp của các cơ chế cắt laser để cắt các vật liệu khác nhau

Lưu ý: cơ sở dữ liệu X chỉ ra cơ chế phù hợp để cắt vật liệu cụ thể

Vật chất	Hợp nhất cắt	Phân hủy hóa học	Cắt bay hơi	Viết nguệch ngoạc	Cắt oxy hóa
Hợp kim sắt	X				X
Hợp kim không chứa sắt	X				X
Nhựa nhiệt dẻo	X		X
Bình giữ nhiệt		X			X
Gốm sứ	X			X
Thủy tinh	X			X
Chất đàn hồi		X
Tổng hợp	X	X		X
Gỗ		X

Bảng 2 – Sự phù hợp của khí hỗ trợ để cắt các vật liệu khác nhau

Lưu ý 1: lưu ý X chỉ ra khí hỗ trợ phù hợp để cắt vật liệu cụ thể
Lưu ý 2: dấu ngoặc đơn cho biết cơ chế cắt nào áp dụng khí hỗ trợ

Vật liệu (nóng chảy)	Nitơ	Ôxy	Khí argon / trơ
Nhựa nhiệt dẻo	X (trơ)	X (trơ)
Titan			X (trơ)
Thép không gỉ	X (trơ)	X (phản ứng)
Thép carbon	X (trơ)	X (phản ứng)
Thép hợp kim	X (trơ)	X (phản ứng)
Nhôm	X (trơ)	X (phản ứng)
Niken	X (trơ)	X (phản ứng)
Đồng	X (trơ)	X (phản ứng)

Bảng 3 – Sự phù hợp của các loại máy Laser để cắt các vật liệu khác nhau

Lưu ý: loại X chỉ ra loại laser phù hợp để cắt vật liệu cụ thể

Vật liệu (nóng chảy)	CO 2	Nitơ	Nd: YAG / Pha lê	Chất xơ
Kim loại		X (thép và nhôm)	X	X
Nhựa	X (độ tương phản thấp)			X (độ tương phản cao)
Thủy tinh	X
Giấy	X
Gỗ	X
Cục đá	X

Lợi ích của việc cắt laser

So với các loại cắt khắc khác, cắt laser cung cấp một số lợi thế. Bao gồm các:

• Độ chính xác và độ chính xác cao hơn
• Cạnh chất lượng cao hơn
• Chiều rộng kerf hẹp hơn
• HAZ nhỏ hơn và biến dạng vật liệu ít hơn
• Ít ô nhiễm vật liệu và chất thải
• Chi phí bảo trì và sửa chữa thấp hơn
• An toàn hơn cho người vận hành

Máy cắt laser có khả năng cắt một loạt các thiết kế với độ chính xác và độ chính xác cao hơn so với các máy cắt thông thường. Vì máy cắt laser có thể được điều khiển hoàn toàn bằng CNC, chúng có thể liên tục và liên tục tạo ra các bộ phận phức tạp và phức tạp đến dung sai cao. Cắt laser cũng tạo ra các vết cắt và cạnh chất lượng cao, thường không yêu cầu làm sạch, xử lý hoặc hoàn thiện thêm, làm giảm nhu cầu về các quy trình hoàn thiện bổ sung.

Mặc dù khoản đầu tư ban đầu vào thiết bị cắt laser thường cao hơn so với các quy trình cắt khác, nhưng chi phí vận hành và bảo trì tương đối thấp. Máy cắt laser có khả năng thực hiện nhiều hoạt động và ứng dụng mà không cần phải mua hoặc thay đổi dụng cụ riêng biệt, được thiết kế riêng; đặc tính này của cắt laser làm giảm cả tổng chi phí thiết bị và thời gian dẫn giữa các quy trình và ứng dụng khác nhau.

Các ưu điểm khác của cắt laser bao gồm giảm nguy cơ chấn thương của người vận hành và vận hành êm hơn. Quá trình cắt laser sử dụng ít hoặc không có các thành phần cơ học và xảy ra trong vùng làm việc, do đó ít có nguy cơ gây thương tích cho người vận hành. Vì có ít tiếng ồn được tạo ra trong quá trình cắt laser, môi trường làm việc chung cũng được cải thiện.

Hạn chế của máy cắt Laser

Mặc dù cắt laser cho thấy những lợi thế so với các hình thức cắt khác, nhưng cũng có những hạn chế đối với quy trình, bao gồm:

• Phạm vi vật liệu phù hợp
• Tỷ lệ sản xuất không nhất quán
• Kim loại cứng
• Tiêu thụ năng lượng và năng lượng cao hơn
• Chi phí thiết bị cao hơn

Như đã chỉ ra trong các phần trước, cắt laser phù hợp với nhiều loại kim loại và phi kim loại. Tuy nhiên, vật liệu bị cắt và tính chất của nó thường hạn chế sự phù hợp của một số cơ chế cắt, khí hỗ trợ và các loại laser. Ngoài ra, độ dày vật liệu đóng vai trò quan trọng trong việc xác định công suất laser tối ưu, hỗ trợ áp suất khí và vị trí tiêu cự cho ứng dụng cắt laser. Vật liệu thay đổi hoặc độ dày khác nhau trong một vật liệu cũng đòi hỏi phải điều chỉnh tốc độ cắt và độ sâu trong suốt quá trình cắt. Những điều chỉnh này tạo ra sự không nhất quán trong thời gian sản xuất, cũng như tăng thời gian quay vòng, đặc biệt là trong các hoạt động sản xuất lớn.

Kết luận

Sử dụng máy cắt Laser  sẽ cho ra đời các sản phẩm với chất lượng vượt trội hơn hẳn so với  các công nghệ khác. Máy Laser tạo ra những chi tiết cắt khắc mịn, đẹp với tốc độ nhanh hơn nhiều, hơn nữa còn có thể đảm bảo an toàn cho sản phẩm và môi trường làm việc xung quanh. Bên cạnh đó, máy Laser còn có thể sử dụng trên nhiều chất liệu đa dạng khác nhau, từ những chất liệu có độ bền thấp như mica, nhựa… cho đến gỗ, kim loại, gạch đá…

Về ứng dụng, loại máy này được sử dụng ở nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó có thể kể đến như cắt khắc mã vạch, tên, logo thương hiệu, khắc số series… Ngoài ra, loại máy này còn được sử dụng trong nhu cầu xử lý công nghiệp như cắt tạo hình, tạo khuôn sản phẩm, cắt rời sản phẩm từ vật liệu mẫu…

Trên đây là những điều cơ bản của máy cắt laser, quy trình cắt laser, nguyên lý làm việc cắt laser , các khả năng và ứng dụng cắt laser khác nhau và một số cân nhắc có thể được các nhà sản xuất và cửa hàng máy tính xem xét khi quyết định liệu cắt laser có phải là giải pháp tối ưu nhất cho ứng dụng cắt cụ thể của mình.

Nếu còn vấn đề gì cần giải đáp hoặc muốn tham khảo một số dòng máy cắt Laser, hãy để lại số điện thoại để được ANCO tư vấn miễn phí nhé.

Thông tin liên hệ mua hàng mời bạn liên hệ tại đây:

• CÔNG TY CỔ PHẦN CÔNG NGHỆ ANCO VIỆT NAM
• ĐC HN: Số 50/258 Phố Tân Mai – Hoàng Mai – Hà Nội
• ĐT: 0976737299
• Email: ancojscvn@gmail.com