Công nghệ gia công cắt laser kim loại tại Việt Nam

Công nghệ gia công cắt laser kim loại tại Việt Nam

Gia công cắt  laser kim loại là phương pháp sử dụng chùm tia năng lượng cao được sinh ra bởi máy phát laser. Chùm tia này sẽ đốt nóng chảy vật liệu, vật liệu nóng chảy sẽ bị thổi bởi dòng khí có áp lực cao. Hiện nay công nghệ này được sử dụng rộng rãi tại các đơn vị gia công tại nước ta và đạt được nhiều thành công nhất định.

Nguyên lý cắt laser kim loại, cắt inox bằng tia laser hiện đại

Phần lớn các máy cắt laser trên thị trường hiện nay đều sử dụng công nghệ laser CO2 hoặc máy laser Nd: YAG. Nguyên lý của 2 loại này tương tự nhau, có thể tóm tắt như sau:

• Một chùm tia năng lượng cao được sinh ra bởi máy phát laser được tập trung lên bề mặt chi tiết gia công nhờ hệ thống thấu kính.
• Chùm tia năng lượng có thể đốt nóng vật liệu và khiến vật liệu nóng chảy một vùng cục bộ, thông thường có đường kính khoảng 0,5 mm.
• Phần vật liệu nóng chảy sẽ bị đẩy ra khỏi vùng gia công bởi một dòng khí có áp lực cao, đồng trục với chùm tia laser. Tùy theo vật liệu mà quá trình cắt diễn ra nhanh hay chậm do tác động hóa học và lý học.
• Sau đó vùng vật liệu bị nóng chảy cục bộ được di chuyển theo bề mặt chi tiết theo một quỹ đạo và sinh ra vết cắt. Chuyển động này được thực hiện bằng cách di chuyển chùm tia laser nhờ hệ thống gương CNC hoặc chuyển động cơ khí tấm vật liệu theo hai phương X-Y trên bàn máy CNC. Cũng có máy thiết kế cả hai loại chuyển động này, khi đó chùm tia laser được di chuyển theo một phương và chi tiết gia công được di chuyển theo phương còn lại. Các hệ thống tự động hóa hoàn toàn cho phép cắt được các hình dáng 3D.

Đặc điểm của công nghệ gia công cắt laser kim loại

Laser có nhiều đặc điểm và tính năng ưu việt như có thể cắt một dải rộng các loại vật liệu, chủ yếu là kim loại : đồng, nhôm, sắt, inox… cắt kim loại bằng laser đòi hỏi chùm tia laser một độ năng lượng cao truyền năng lượng vào vùng cắt nhanh hơn lượng nhiệt truyền ra ngoài. Kèm theo đó là dòng khí hỗ trợ sẽ đẩy kim loại nóng chảy ra khỏi vùng cắt.

Thép cacbon là vật liệu kim loại dễ cắt nhất bằng tia laser. Nhôm rất khó cắt vì nhom làm phản xạ một lượng lớn tia laser và lượng nhiệt truyền vào chi tiết lớn và nhanh. Nếu điều chỉnh tiêu cự tia laser không đúng thì có thể chùm tia bị phản xạ trở lại hệ thống phun gây hư hỏng các bộ phận quang học. Trong khi đó đồng nguyên chất còn khó gia công hơn so với nhôm.

Chất lượng vết cắt, bề rộng vết cắt cũng như phụ phẩm tập trung phụ thuộc vào sự lựa chọn tia, chất lượng tia, năng lượng phân bố và kiểu di chuyển khi gia công. Khi cắt bằng laser, một thông số quan trọng là bề rộng vết cắt thông thường bằng hoặc lớn hơn tia laser một chút, nên việc điều khiển tia laser rất quan trọng.

Bề rộng đường cắt là hàm số của các yếu tố như chất lượng tia, tiêu điểm, vị trí tiêu điểm, áp suất khí đến không gian và tốc độ cắt. Bề rộng vết cắt điển hình là 0,2mm trong khi đó cắt bằng oxy-axêtylen là 3mm. Ứng với các chiều dày khác nhau thì cắt với tốc độ khác nhau. Tùy theo chiều dày mà khoảng cách tập trung của tia laser phải được điều chỉnh để đạt hiệu suất cao nhất.

Công nghệ cắt kim loại bằng laser tại Việt Nam ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực nhất là trong nghành gia công kim loại, có thể nói sự ra đời của công nghệ laser giúp con người giảm thiểu sức lao động, nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh, nâng cao giá trị sản phẩm từ đó phục vụ tốt nhất nhu cầu của con người.